관성

Inertia
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관성이라는 용어는 뉴턴이 운동의 제1법칙에서 설명한 "관성 원리"의 줄임말로 적절하게 이해되며, 이에 따라 물체는 어떤 힘이 속도나 방향을 바꿀 때까지 현재의 속도로 계속 움직인다.[1]

몇 가지 다른 정의 후에 [2]뉴턴은 운동의 제1법칙을 말한다.

법칙 I. 모든 물체는 힘을 가하여 그 상태를 강제로 바꾸지 않는 한 정지 상태 또는 직선으로 균일한 운동을 지속한다.

perseveres라는 단어는 뉴턴의 라틴어에서 직역한 것이다.[3]

"계속하다" 또는 "남다"와 같은 덜 강제적인 용어들은 현대 교과서에서 흔히 발견된다.현대의 용도는 오일러, 달랑베르, 그리고 다른 카르테지안들에 의해 만들어진 뉴턴의 초기 역학의 일부 변화에서 비롯된다.[4] [5] [6]

관성이라는 용어는 라틴어 "iners"에서 유래한 것으로, "유휴하고 느리다"는 뜻이다.

일반적으로 "관성"이란 문맥에 따라 물체의 "속도 변화에 대한 저항량" 또는 더 간단한 용어로는 "운동의 변화에 대한 저항력"(질량에 의해 수량화됨) 또는 때로는 물체의 운동량에 대한 저항량을 나타낼 수 있다.관성은 물리적인 물체의 속도 변화에 대한 저항이다.여기에는 물체의 속도 또는 움직임 방향에 대한 변경이 포함됩니다.이 성질의 한 측면은 힘이 작용하지 않을 때 물체가 일정한 속도로 계속 직선으로 움직이는 경향입니다.관성은 물리적 시스템의 양적 특성인 질량의 주요 표현 중 하나입니다.[7]

아이작 뉴턴은 관성을 기념비적인 Philoshié Naturalis Principia Mathmatica에서 힘이라고 정의했다.

정의 III눈에 보이는 속마음, 즉 물질의 타고난 힘은, 모든 물체가, 그것이 놓여 있는 것만큼이나, 그것이 휴식이든 직선으로 균일하게 앞으로 나아가든,[8] 현재 상태를 지속하려고 노력하는 저항의 힘이다.

지구 표면에서 물리적 물체의 관성 특성은 종종 중력과 마찰 및 공기 저항의 영향으로 가려지는데, 이 두 가지 모두 움직이는 물체의 속도를 감소시키는 경향이 있습니다(일반적으로 정지 지점까지).이것은 철학자 아리스토텔레스가 힘이 [9][10]가해질 때에만 물체가 움직인다고 믿게 만들었다.

관성의 원리는 고전 물리학의 기본 원리 중 하나이다.이것은 오늘날에도 물체의 움직임과 물체에 가해지는 힘의 영향을 묘사하기 위해 사용된다.

개념의 역사와 발전

동작의 조기 이해

한학자 조셉 니덤은 [11]관성에 대한 첫 번째 서술로 모즈이 (전국시대 (기원전 475–221년)의 중국 문헌)를 믿는다.유럽 르네상스 이전에 서양 철학에서 지배적인 운동 이론은 아리스토텔레스 이론이었다.아리스토텔레스는 지구상의 모든 움직이는 물체는 외부의 힘이 [12]계속 움직이지 않는 한 결국 정지한다고 말했다.아리스토텔레스는 영사기에서 분리된 후 발사체의 계속적인 움직임을 주변 매체가 계속 [13]발사체를 움직인다고 설명했다.

아리스토텔레스의 운동 개념은 일반적인 수용에도 불구하고, 거의 2천년에 걸쳐 저명한 철학자들에 의해 여러 차례에 걸쳐 논쟁되었다.예를 들어, 루크레티우스(에피쿠로스)는 문제의 "기본 상태"는 정지 [15]상태가 아니라 운동이라고 말했다.6세기에, 존 필로포누스는 매체가 계속 발사체를 움직이는 아리스토텔레스의 논점과 매체가 물체의 움직임을 방해할 수 있는 공허에 대한 그의 논점 사이의 모순을 비판했다.필로포노스는 운동이 주변 매체의 작용에 의해 유지되는 것이 아니라 물체가 움직이기 시작할 때 주어지는 성질에 의해 유지된다고 주장했다.비록 이것이 현대적 관성의 개념은 아니었지만, 여전히 물체의 움직임을 유지하기 위한 힘이 필요했기 때문에, 그것은 [16][17]그 방향으로의 근본적인 단계임이 증명되었다.이 견해는 아리스토텔레스를 지지하는 많은 학계 철학자들과 아베로스에 의해 강하게 반대되었다.하지만, 필로포누스가 그의 생각을 더욱 발전시킨 몇몇 지지자들이 있었던 이슬람 세계에서도 이러한 관점은 의심의 여지가 없었다.

11세기에, 페르시아의 박식가 이븐 시나 (아비케나)는 진공에 있는 발사체는 [18]행동하지 않으면 멈추지 않을 것이라고 주장했다.

자극 이론

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14세기에, 장 부리단은 그가 자극이라고 이름 붙인 운동 발생 특성이 자발적으로 소멸한다는 개념을 거부했습니다.부리단의 입장은 움직이는 물체는 공기의 저항과 그 [19]추진력에 반하는 몸의 무게에 의해 저지된다는 것이었다.Buridan은 또한 자극이 속도와 함께 증가한다고 주장했습니다. 따라서, 자극에 대한 그의 초기 생각은 많은 면에서 현대 운동 개념과 비슷했습니다.관성에 대한 보다 현대적인 생각들과 명백한 유사점에도 불구하고, 부리단은 그의 이론을 아리스토텔레스의 기본 철학을 수정한 것으로 보았고, 움직이는 물체와 정지해 있는 물체 사이에 여전히 근본적인 차이가 있다는 믿음을 포함하여 많은 다른 주변적 관점을 유지했습니다.부리단은 또한 자극이 직선적일 뿐만 아니라 본질적으로 원형일 수 있고, 물체(천체 등)가 원을 그리며 움직이게 할 수 있다고 믿었다.

부리단의 사상은 그의 제자 작센의 알베르트 (1316–1390)와 옥스포드 계산기에 의해 뒤따랐고, 그들은 아리스토텔레스식 모델을 더욱 훼손한 다양한 실험을 수행했다.운동 법칙을 그래프로 설명하는 관행을 개척한 니콜 오렘이 차례로 그들의 작업을 정교하게 만들었다.

갈릴레오의 관성 이론 직전에, 잠바티스타 베네데티는 선형 운동만을 포함하도록 증가하는 자극 이론을 수정했습니다.

외부 추진력에 의해 자극이 가해졌을 때 스스로 움직이는 물체의 어떤 부분도 곡선 [20]경로가 아닌 직선으로 움직이는 자연스러운 경향이 있다.

베네데티는 원형 운동을 강요하는 물체의 본질적인 직선 운동의 한 예로 슬링에 있는 바위의 움직임을 인용한다.

고전적 관성

과학사학자 찰스 쿨스턴 길리스피에 따르면, 관성은 "신의 [21]불변성과 결합된 데카르트의 우주 물질 기하학의 물리적 결과로서 과학에 진입했다."

아리스토텔레스 운동 모델에서 완전히 벗어난 최초의 물리학자는 1614년 [22]아이작 벡만이었다."관성"이라는 용어는 요하네스 케플러에 의해 그의 코페르니칸의[23] 대명사에서 처음 소개되었다; 그러나 케플러의 용어의 의미는 현대 해석과 완전히 같지 않았다.케플러는 다시 한번 휴식이 설명이 필요 없는 자연 상태라는 가정에 근거해 관성을 운동에 대한 저항의 관점에서만 정의했다.갈릴레오와 뉴턴의 후기 연구가 휴식과 운동을 하나의 원리로 통합한 후에야 "관성"이라는 용어가 [24]오늘날과 같이 이러한 개념에 적용될 수 있었다.

갈릴레오 갈릴레이

아리스토텔레스가 "공허 속의 운동"[25]에 대해 공식화한 관성의 원리는 평범한 물체가 운동의 변화에 저항하는 경향이 있다는 것을 포함한다.아리스토텔레스의 일상적인 운동과 천체로의 운동 분할은 16세기 니콜라우스 코페르니쿠스의 결론 앞에서 점점 더 문제가 되었고, 코페르니쿠스는 지구는 결코 정지하지 않고, 실제로 [26]태양 주위를 끊임없이 움직이고 있다고 주장했다.갈릴레오는 코페르니쿠스 모델을 더욱 발전시키면서 당시 받아들여진 운동의 본질에 관한 이러한 문제들을 인식했고, 그 결과 적어도 부분적으로 아리스토텔레스의 운동에 대한 설명을 기본적인 물리적 원리로 재진술하는 것을 포함시켰다.

평평한 표면에서 움직이는 물체는 [27]방해를 받지 않는 한 일정한 속도로 같은 방향으로 계속 이동합니다.

갈릴레오는 "모든 외부 장애물이 제거되면, 지구와 동심원의 구형 표면에 있는 무거운 물체는 그것이 있었던 상태를 유지할 것이다; 만약 서쪽을 향해 이동한다면, 그것은 그 움직임을 유지할 것이다."라고 쓰고 있다.[28] 과학사학자들이 "원형 관성" 또는 "수평형 관성"이라고 부르는 이 개념은 뉴턴의 직선 [29][30]관성 개념의 선구자이지만, 그것과는 다릅니다.갈릴레오에게 운동은 움직이는 물체를 지구 중심에서 옮기거나 멀어지게 하지 않는다면 "수평"이고, 그에게 있어 "예를 들어, 조용한 바다를 통해 어떤 자극을 받은 배는, 결코 멈추지 않고 계속해서 지구 주위를 이동할 것이다."[31] [32]

갈릴레오는 관성에 대한 초기 전제에 기초하여 움직이는 물체와 정지된 물체의 [33]차이를 비교하는 외부 참조 없이 구별하는 것이 불가능하다는 결론을 내린 것도 주목할 필요가 있다.이 관찰은 궁극적으로 알버트 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발전시키는 기초가 되었다.

관성 질량의 영향: 천천히 당기면 상부 나사산이 끊어집니다(a).빨리 당기면 아래쪽 나사산이 끊어집니다(b).

갈릴레오의 글에서 관성 개념은 나중에 아이작 뉴턴에 의해 그의 운동의 법칙의 첫 번째로서 다듬어지고, 수정되고, 성문화되었다 (1687년 뉴턴의 저서 Philoshié Naturalis Principia Mathatica에서 처음 출판됨).

모든 물체는 힘을 [34]가해서 그 상태를 바꾸도록 강요받지 않는 한 정지 상태나 일직선으로 일정한 움직임을 견딘다.

최초 출판 이후, 뉴턴의 운동의 법칙 (그리고 포함에 의해, 이 제1법칙)은 고전 [35]역학으로 알려진 물리학 분야의 기초를 형성하게 되었다.

그럼에도 불구하고, 그의 운동 법칙에서 그 개념을 매우 우아하게 정의했음에도 불구하고, 뉴턴조차도 실제로 그의 제1법칙을 언급하기 위해 "관성"이라는 용어를 사용하지 않았다.사실, 뉴턴은 원래 그가 운동의 제1법칙에서 설명한 현상을 어떤 가속에도 저항하는 물질에 내재된 "내력"에 의해 야기된다고 보았다.이러한 관점에서, 그리고 케플러로부터 차용한, 뉴턴은 "관성"이라는 용어가 "운동의 변화에 저항하는 물체에 의해 소유되는 선천적인 힘"을 의미하기 때문에, 뉴턴은 "관성"을 현상 자체가 아니라 현상의 원인을 의미한다고 정의했다.하지만, 뉴턴의 "내성 저항력"에 대한 원래 생각은 여러 가지 이유로 궁극적으로 문제가 있었고, 따라서 대부분의 물리학자들은 더 이상 이러한 용어로 생각하지 않는다.어떤 대체 메커니즘도 쉽게 받아들여지지 않았고, 우리가 알 수 있는 메커니즘이 없을 수도 있다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있기 때문에, "관성"이라는 용어는 어떤 고유한 메커니즘이 아니라 단순히 현상 자체를 의미하게 되었다.따라서, 궁극적으로, 현대 고전 물리학의 "관성"은 뉴턴의 제1 운동 법칙에 의해 기술된 것과 같은 현상의 이름이 되었고, 현재 두 개념은 동등하다고 여겨진다.

상대성 이론

알버트 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 1905년 "움직이는 물체의 전기역학"이라는 논문에서 제안되었듯이 갈릴레오와 뉴턴에 의해 개발된 관성 기준 프레임의 이해에 기초하였다.이 혁명 이론은 질량, 에너지, 거리 같은 많은 뉴턴 개념의 의미를 크게 바꾸었지만, 아인슈타인의 관성 개념은 뉴턴의 원래 의미와 변함이 없었다.그러나 이것은 특수 상대성 이론 고유의 한계를 가져왔다. 상대성 원리는 관성 기준 프레임에만 적용될 수 있었다.이러한 한계를 해결하기 위해 아인슈타인은 비관성(가속)[36] 기준 프레임을 포함한 이론을 제공한 일반 상대성 이론("일반 상대성 이론의 기초")을 개발했다.

회전 관성

회전 관성

관성에 관한 양은 회전강체가 일정한 회전운동 상태를 유지하는 특성인 회전관성(→ 관성모멘트)이다.외부 토크가 적용되지 않는 한 각운동량은 변하지 않습니다. 이를 각운동량 보존이라고 합니다.회전 관성은 강체와 관련하여 종종 고려된다.예를 들어 자이로스코프는 회전축의 변화에 저항하는 특성을 사용합니다.

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레퍼런스

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추가 정보

외부 링크