뉴턴의가장위대한업적‘만유인력의법칙’
뉴턴은한명의천재가수학이라는언어를통해자연의법칙을이해하고표현할수있음을보여준좋은선례를남겼다.선인들의업적을토대로중력의법칙과만유인력의법칙(사과의낙하에서부터행성운동까지모두적용되는)이라는역작으로미적분계산법의기반을닦고,백색광의구성요소를파악했으며,에너지와힘의개념을적용해광학현상들을풀어내기도했다.그는일생을바쳐세상의비밀을파헤쳤고,맥스웰에서아인슈타인에이르는후학들을위해견고한과학의기틀을마련했다.
만유인력의법칙이뉴턴이이룩한업적중가장중요하다는것은그누구도부정하지않을것이다.만유인력이란‘질량을가진물체사이에는서로끌어당기는힘이존재한다’는이론이다.
지구가사과를잡아당기는힘은지구중심에서사과까지거리의제곱에반비례하고,지구가달을잡아당기는인력또한역제곱의법을따른다.여기서인력은지구상에서나태양계에서나마찬가지방법으로우주에존재하는모든것에적용된다.사실상지구가사과를끌어당기는만큼사과도지구를끌어당긴다는뜻이다.
m과M이라는질량을각각가지고,r만큼서로떨어져있는두물체가서로를잡아끄는힘은다음과같이표현된다(G는중력상수).
사과를땅에떨어뜨리는그힘이행성의움직임을관장하는힘과동일하다는사실을보여줌으로써,뉴턴은우주에존재하는네가지힘(중력,전자기력,강한핵력,약한핵력)가운데첫번째를발견했다.인류는뉴턴의법칙을통해새로운행성을발견하고,조석현상과같이육지에서관찰되는자연현상들의원인을파악할수있게되었다.그러나그가후대에남긴유물은더위대했다.바로은하운동의특이점을발견하고우주물질의90%이상을차지하는보이지않는암흑물질의존재를가설로제시했다.오늘날과학자들이제논,LZ,판다엑스를통해암흑물질을검출하기위해바람직한경쟁을하고있는것도모두뉴턴의덕분이다.
뉴턴의세가지운동법칙
1687년에발표한『자연철학의수학적원리』(일명『프린피키아』)에서뉴턴은낙하하는사과에서부터행성의운동까지모든역학적현상을지배하는세가지운동법칙을소개한다.
운동제1법칙(관성의법칙)은모든물체는외부에서힘이작용하지않는한정지해있거나직선상의등속운동을유지한다.운동제2법칙(가속도의법칙)은관성좌표계에서힘을받은물체는주어진힘에비례하고질량에반비례하는가속도를갖는다[힘(F)=질량(m)×가속도(a)].운동제3법칙(작용-반작용의법칙)은한물체가다른물체에힘을가하면그물체역시반대방향에서똑같은크기의힘을가한다.
뉴턴의세가지운동법칙만있으면지구상에서관찰되는거의모든움직임과거기에작용하는힘에대해설명할수있다.뉴턴은이세가지운동법칙과미적분법적계산을통해갈릴레이의경험론적법칙을공식화하는데성공했다.그덕분에우리는물체의이동경로를계산하고,발사체의탄착점을예상하며,측정도구도없이간단한계산만으로속도를알수있게되었다.
