어제 답변을 받고 생각을 많이 했습니다.
제가 생각하는 상황은 뉴턴역학의 입장에서 서술한거입니다.
토크,각운동량,선운동,충돌,운동량,운동량보존 어쩌고 하는거는 안배워서 하나도 모릅니다.

물체의 알짜힘이 0 일때 물체는 등속운동을 한다.
물체에 작용한 알짜힘은 물체의 가속도와 질량을 곱과 같다.

관성력은 왜 가상의 힘이라고 하는가
물체가 서로 상호작용하여 힘을 받는다. 이 힘은 관찰자의 운동과는 무관하다. 관찰자의 좌표계와 상관없이 물체에 작용하는 힘은 변하지 않는다.
완벽한 관성좌표계에 있는 정지지 상태의 사과를 관찰한다고 하자. 관성좌표계의 관찰자 입장에서 사과가 받는 힘은 중력과 수직항력 말고는 없다. 가속하는 좌표계의 관찰자가 사과를 본다면 이렇게 생각할 것 이다. 가속좌표계의 관찰자는 본인이 가속한다는 것을 알지 못하고 단지 사과가 가속하며 멀어진다고 생각할 것이다. 그래서 가속좌표계의 관찰자는 사과가 가속 했기때문에 사과에 힘이 존재 한다고 생각한다. 하지만 사과에 작용하는 실제 힘은 중력과 수직항력만 존재한다. 즉 가속 좌표계에서 사과를 관찰하고 사과가 가속한다는 해석을 할려면 존재하지 않는 힘인 어떤 힘을 만들어야만 그 움직임을 설명할 수 있다. 이 힘을 관성력이라 한다. 이때 가상의 힘이라는 말은 좌표계 비교에 나타나는 힘이라는 의미를 가진다고 생각한다. 비관성 좌표계에서 물체의 해석을 할 때는 분명 존재하는 힘으로 생각할 수 있다.

이때 물체에 작용하는 힘과는 별개로 물체의 운동 양상은 관찰자에 따라서 다르게 보일 수 있다.
ex 북극에서 남극방향으로 대포로 공을 발사하면 적도에서 공을 관찰한 사람은 공이 직선으로 안가고 엉뚱한 방향으로 간다고 생각한다.
우주에서 공과 사람을 보면 공은 직선으로 가지만 지구는 등속도로 자전하기 때문에 적도의 사람은 자전방향으로 이동한다. 따라서 둘의 사이가 멀어진다, 이때 관성좌표계에서 본 공의 힘과 비관성 좌표계에서 본 실제 힘은 같다. 단지 비관성좌표계 입장에서 공이 엉뚱한 방향으로 이동하기 때문에 실제적 힘외에 다른 힘이 필요하게 된다. 이 힘이 관성력이라고 하며 가상의 힘이라고 하는 이유다.

신체의 쏠림현상을 관성력으로 설명하는 것은 이상하다고 생각 합니다.
위 사과실험에서 비관성계에서 바라본 사과는 가속운동을 하고 있다. 관성력이라는 것은 관성좌표계와 비관성좌표계에 대한 두 좌표계를 비교해서 추론한 힘이다. 따라서 관성력은 관성계에서 본 비관성계의 가속도에 의해 결정된다. 관성력은 물체에 균일하게 작용한다. 관성력은 물체 사이에 상호작용하는 실제 힘과는 다른힘이다. 단지 뉴턴역학을 비관성계에서 적용하려는 목적으로 도입한 가짜 힘이다.

보통 책에서 등속원운동을 하는 자동차와 내부의 사람이 원 바깥으로 밀려가는 쏠림현상을 보이면서 원심력을 언급한다.

쏠림현상을 관성력때문이라고 설명하는 것은 사람이 관성력을 느낀다는 말이다. 그런데 관성력은 물체에 균일하게 작용한다. 사람은 관성력, 중력을 느끼지 못한다. 사람이 중력을 느낀다고 생각하는 것은 수직항력이나 사람이 자유낙하할 때 받는 공기저항과 같은 힘을 중력이라고 착각하는 것이다. 그렇다면 신체가 쏠리는 현상을 어떻게 설명 할것인가 하는 의문이 생긴다. 신체가 쏠린다는 현상은 비관성계와 비관성계에서 모두 관측할 수 있는 현상이다. 때문에 쏠린다는 현상은 관성력 때문이 아니고 쏠리는 물체에 무언가 실제적인 힘이 작용하여 쏠린다고 생각했다.

버스가 정지상태에서 앞으로 가속할 때 분명 버스 내부에 앉아있는 사람은 뒤로 쏠린다.
이 쏠림현상은 버스 외부에서 관찰해도 분명 쏠리는 것을 볼 수 있다. 버스 내부의 앉아있는 사람도 자신이 쏠리는 것을 경험한다. 그러나 지구를 돌고 있는 인공위성 내부의 사람은 어떤한 쏠림 현상을 느낄 수 없다. 둘의 차이는 무엇인가?

버스내부의 의자는 등받이가 있는 의자이다. 사람은 의자에 앉아있지만 등을 기대고 있지는 않다. 이때 정지한 버스가 출발하는 순간을 생각 해 보자. 버스가 엑셀을 밟고 0.01초 뒤
관성계에서 보나 비관성계어서 보나 버스에 접촉하고 있지 않은 신체의 알짜힘은 0 이다. 버스와 접촉하고 있는 엉덩이와 발은 접촉을 해 있기 때문에 버스과 같이 가속한다. 그런데 접촉하고 있지 않은 상체는 알짜힘이 0 이다. 따라서 상체는 그 자리에서 정지해 있는다. 하지만 등받이를 포함한 버스는 앞으로 이동하고 있다. 이때 출발한지 0.01초라서 등받이와 상체는 접촉하지 않았다. 충분한 시간이 흘러 가속중에 등받이와 상체가 접촉을 할 때 이때의 접촉력 때문에 사림은 쏠림 현상을 경험한다. 즉 발과 엉덩이는 비관성 좌표계이고 상체는 관성좌표계이다. 엉덩이는 버스와 같이 가속 하고 있기 때문에 정지해 있다고 생각한다. 비관성계인 엉덩이 입장에서는 상체만 이상하게 정지상태에서 뒤로 이동한다고 생각할 것이고 이것은 뒤로 힘이 작용했다고 설명할 것이다. 관성계인 상체 입장에서는 발과 엉덩이가 앞으로 가속하니까 당연하게 뒤로 쏠릴 수밖에 없다. 즉 신체의 쏠림현상은 분명하게 존재하는 접촉력에 의한 것 이지 어떠한 다른 힘이 작용해서 그런 것이 아니다.

인공위성 내부의 사람은 인공위성과 같이 지구를 등속원운동을 하고 있다. 이때 사람에게 작용하는 실제힘은 중력말고 다른 힘을 생각할 수 없다. 그런데 인공위성 내부의 사람은 아무런 쏠림현상이 없는가? 이것은 신체에 균일하게 중력이 작용하고 있다. 이때 인공위성은 중력에 의해 지구로 일정 길이를 떨어지는데 인공위성의 사람도 같은 길이 만큼 떨어지기 때문이다. (사람의 모든 신체에 균일하게 가속도가 작용한다./버스의 경우 접촉면인 엉덩이와 발에만 가속도가 작용했다.)

따라서 신체의 쏠림현상을 관성력이라는 말로 설명하는 것은 이상하다고 생각합니다. 신체의 쏠림 현상은 분명 관성과 연관이 있지만 직접적인 연관은 없으며 접촉면에 대한 접촉력이 가장큰 이유라고 생각합니다.

이러한 생각을 마치고 다음과 같은 의문이 생겼습니다. 왜 인공위성의 사람은 인공위성과 같이 운동하고 있는가?
지구궤도를 돌고 있는 가로,세로,높이가 5km인 박스가 있습니다. 완벽한 관성계에서 정지하고 있던 A는 순간이동을 통해 박스 공간의 중심으로 이동합니다. (접촉면이 없이) 그럼 A는 중력에 의해 박스의 바닥으로 자유낙하 하며 바닥과 가까워 지고, 박스의 왼쪽 벽과도 가까워 질것입니다. 즉 자유낙하로 인해 추락사 하던지 다가오는 왼쪽벽과 부딪혀 죽던지 죽는다는 사실은 피할 수 없습니다.

사람이 인공위성으로 가기까지의 과정을 살펴보면 우주선을 타고 인공위성까지 가게 됩니다. 이때 의자에 결속된체 지구를 탈출하고 일정 높이에서 우주선은 수직운동에서 우주선의 각도를 기울여 옆으로 운동을 하게됩니다. (인공위성과 만나기 전까지는 즉 궤도운동을 하기 전까지는 쏠림현상을 받는다. EX 접촉면이 있기때문) 이렇게 운동하던 우주선은 인공위성을 만나게 된다. 이말은 가속도가 지구 중심을 향한다는 말이고 이 말은 가속도가 사람의 신체에 균일 하게 작용한다는 말이다. (사람이 우주선에 결속된체 이동 했기 때문에) 따라서 우주선을 타고 우주정거장에 가는 사람은 우주정거장에서 무중력 상태를 경험한다.

현상1
원운동 할 때의 쏠림 현상은 접촉력에 의해 설명이 쉽지 않다.

물체제 작용하는 힘들은 수직항력 중력 마찰력 말고는 없는데 수직항력과 중력은 상쇄된다. 따라서 마찰력이 구심력이라는 결론이 나오고 구심력은 안쪽으로 향하는 힘이니까 마찰력도 안쪽으로 작용한다.

회전하는 원판위에 있는 사람은 발과 원판 사이에 마찰력이 존재한다. 이때 마찰력은 원판 중심으로 힘을 가하고 있고 접촉하고 있는 발바닥 또한 원의 중심으로 힘을 받고 있다. 여기서 뒤로 쏠리는 현상을 접촉력과 관성을 이용해 설명하는 것이 어렵습니다. 그래서 이런 생각을 해 보았습니다. 회전하는 판 위에 블록이 있습니다. 회전속도가 최대정치마찰력을 넘어서지 않을때는 미끄러지지 않고 회전판 위에서 등속원운동을 할 수 있습니다. 그러나 회전속도가 빨라지면 미끄러지게 됩니다. 이 미끄러지는 방향이 관성좌표계냐 비관성좌표계냐에 다라 달라집니다. 회전판 외부에서 관찰하면 접선의 방향으로 화전판 내부에서 관찰하면 순간 원심력 방향으로 나무토막에 작용하는 실제 힘과는 상관없이
관측자에 따라서 운동의 양상이 변하게 됩니다. 그렇다면 회전하는 원판위에 있는 사람이 쏠림현상을 경험할 때, 비관성좌표계에서 관찰한 거랑 관성좌표계에서 관찰한거랑 쏠림현상을 직접경험한 사람이 자신이 쏠렸다고 생각한 방향 3개의 방향이 다 다를 수 있다. 이때 저는 관성좌표계에서 관찰한 쏠림현상을 뉴턴역학을 이용해 설명하고 싶습니다. 앞에서 논의한 가속하는 버스. 사과 이런것들은 쉬웠는데 원운동은 잘 안되네요... 이 부분은 제가 회전운동을 배워야 할 수 있나요???



회전판위의 박스가 미끄러지지 않는다 = 회전판과 같이 등속원운동 중이다.= 중력,수직항력 , 정지마찰력중에서 구심력 으로 작용할 수 있는 것은 정지마찰력 말고는 없다. 그래서 이 경우에 정지 마찰력이 구심력으로 작용한다.

등속원운동을 하는 자동차의 구심력이 정지 마찰력인 이유는 회전판의 구심력이 정지 마찰력인 이유와 같다 라고 생각중인데 더 자세한 논의는 회전운동을 배워야 하나요??


할리데이책을 보고 있는데 책이 좀 설명이 부족한 듯 합니다. 혹시 추천하는 일반물리책이 있나요?

긴글 읽어주시고 답변드릴 관리자님께 감사의마음을 전합니다.