| [ KoreaUniv ] in KIDS 글 쓴 이(By): cupspace (가제트) 날 짜 (Date): 1999년 2월 27일 토요일 오전 12시 36분 31초 제 목(Title): [김재환] 엘리베이터 사람은... 제가 물리과는 아니고, 그걸 실험할정도로 대범하진 못하므로.. 고등학교 나 일반 물리 수준에서 말씀드리죠. 첨엔 일과 에너지 공식을 이용해서 풀려했는데, 의외로 해답은 '힘'에 있었습니다. 항상 그렇더라구요.... 역학의 해법은 힘, 에너지, 운동량 보존의 법칙에 의해서 풀혔던 기억이.. 일반적으로 물체가 자유낙하(곧 중력에 의한 등가속도운동)를 하면 물체는 낙하시간에 비례하여 속도가 증가하게 됩니다. 물체에 작용하는 힘은 중력밖에 없으나, 실제 그것이 땅에 떨어져서 질때는 엄청난 파괴력을 발휘하게 되는데, 이것은 위치에너지와 관계(mgh로 높이에 비례)가 있기 때문입니다. 만일 엘리베이터에서 사람의 목뼈가 뿌러질 정도라면 그만한 에너지가 있어야겠고, 단순히 생각하면 위치에너지와 관계된 어떤 에너지라고 생각할 수 있겠죠. 그러나, 사람은 처음부터 엘리베이터에 붙어있었고 이것은 중력과 같은 수직항력(엘리베이터가 사람을 떠받치는 힘)이 자유낙하시에도 계속 작용한다는 소리입니다. 즉, 일반적인 일반물리식 문제에서 엘리베이터 안에서 저울재기와 같은 문제가 있습니다. 사람에게 작용하는 힘은 중력(mg)와 엘리베이터의 가속력에 의해 좌우됩니다. 즉, 엘리베이터가 알아서 하강한다고 할때, 엘리베이터가 떠받들어야 하는 힘(N)= m(a+g)가 됩니다. 여기서 a는 엘리베이터의 하강 가속도이겠고요. 그러나, 우리 문제에서 자유낙하란 의미는 위에서 a=0일 때를 의미하고, 엘리베이터가 자유낙하한다면 사람을 떠받치고 있어야하는 힘은 mg 즉, 중력과 같고 그것은 항상 일정한 것이됩니다. 자 이제는 '장력'이란 것을 도입해봅시다. 장력 T는 원래 엘리베이터를 천장에 메달고 있는 끈의 힘입니다. 간단히 T=(M+m)g라는 식이나오죠. 여기에서 M은 엘리베이터의 무게입니다. 그런데 자유낙하를 위해서 T=0으로 놓으면? (M+m)g=0입니다.이 식은 M+m이나 g가 0이된다는 뜻이고, 상식적으로 생각할때 M!=-m(M과 -m은 같지않다.)이므로 g가 0으로 볼 수 있습니다. 원래 g가0이 아니나, M+m=0이란 개념보다는 g가 0이란 개념을 좀 더 이해하기 쉽다라는 뜻으로 해석하실 수 있겠죠. 이게 무슨 의미 인줄 아시죠? 바로 무/중/력 입니다. 객관식문제로 과거에 잘나왔던 기억이 있는데.... 결론을 내리자면 사람이 계속 엘리베이터를 타고 있다면 목뼈가 부러지는 일등은 없다는 소리입니다. 특히나 첨에는 더더욱(충격때문이라고 반발 하실듯해서...). 나중에 엘리베이터가 지하 3층쯤에 '쿵'하고 부딪힐 때에는 아마도 그 엄청난 위치에너지가 모두 운동에너지로 바뀌어 있을 것이고, 그러면 그것이 모두 타고 있던 사람의 몸을 분해하는데 사용된다는 소리입니다. 오히려 자유낙하하고 있을 때는 몸이 무한정 가벼워지는 것을 느끼겠죠.... 음.. 이글 쓰느라 오랜만에 물리 생각을 많이하니 좋군요. 인터넷도 찾아보고(생각보다 좋은 사이트가 많군요.) 예전에 본고사 준비할 때 보던 책도 어렵사리 꺼내서 ㅇ보고.. 그러나, 결국 해답을 얻고, 그것에 대한 확신이 서기위한 준비재료였다는 것을 깨달았습니다. 해답은 이 글을 쓰면서 얻어진 것이라고 봐도... 그런데 갑자기 자이로 드롭인가요? 이름도 요상하지만 그게 갑자기 타고 싶어지는군요. ^^; |