(유레카! 유레카…)관성이 없다면…

교통사고 줄지만 인공위성 추락

▶ 뛰다가 돌부리에 걸려도 넘어지지 않고, 달리는 자동차의 브레이크를 밟으면 곧바로 정지해 교통사고를 줄일 수 있다. 반면 야구는 공이 밑으로 툭 떨어질 게 뻔하고 인공위성은 지구주위를 돌지 못해 심각한 문제가 발생한다. 관성이 없다면 이런 일이 생긴다.

송용현(이곡중 2)

버스를 타고 가다 곧바로 정지하거나 또, 갑자기 출발하면 몸이 한쪽으로 쏠리는 것을 알 수 있다. 버스가 곧바로 출발하면 버스에 타고 있던 승객들의 몸은 앞으로 쏠리지만, 달리던 버스가 갑자기 정지하면 승객들은 뒤로 휘청거리게 된다.

버스 안의 승객들은 버스가 앞으로 달릴 때는 버스와 함께 움직이려는 성질을, 버스가 멈췄을 때는 승객들 역시 정지해 있으려는 성질을 갖는다. 버스가 갑자기 출발하고 정지할 때 타고 있는 승객들의 몸이 이처럼 한쪽 방향으로 쏠리는 이유는 무엇일까.

바로 관성 때문이다. 관성은 물체가 외부에서 힘이 가해지지 않을 때 처음의 운동 상태를 그대로 유지하려는 성질이다. 물체에 가해지는 모든 힘의 합이 0이면 멈춰 있던 물체는 계속 멈춰 있고 운동하던 물체는 계속 등속 직선 운동을 한다. 등속 직선 운동이란 마찰력이 있을 때 반대 방향에서도 마찰력과 같은 크기의 힘이 가해져 힘의 합이 0인 경우를 일컫는다. 움직이는 물체에 이를 방해하는 마찰력이 작용하면 속력이 줄다가 정지하고, 마찰력이 가해지지 않으면 속력이 바뀌지 않고 일정하게 운동을 한다는 것이다.

망치자루가 망치에서 빠졌을 때 끼우는 방법도 관성을 이용한 것이다. 손으로 망치자루를 잡고 망치를 끼워 바닥으로 내려치면 망치자루는 바닥에 부딪혀 정지하지만 망치는 계속 내려가서 망치자루에 꽉 끼게 된다.

후추나 소금 등을 뿌릴 때도 마찬가지다. 후추 통을 계속 흔드는 것이 아니라, 한두 번 툭툭 치게 되면 후추가 나오게 된다. 후추 통은 멈췄지만 통 안의 후추는 계속 움직이려는 운동 관성의 성질 때문에 구멍 바깥으로 나오게 되는 것이다.

이처럼 관성은 외부로부터 힘을 받지 않는 한 운동하는 물체는 계속 운동을 하려하고(운동관성), 정지해 있는 물체는 정지해 있으려는 성질(정지관성)임을 알 수 있다.

또 관성의 크기는 물체의 질량과 비례하므로 질량이 클수록 운동 상태를 변화시키기가 어렵다. 굴러오는 축구공을 멈추기는 쉽지만 바윗돌을 멈추기 힘든 것은 이 때문이다.

송은경(와이즈만영재교육원 중부센터 원장) weiz21@naver.com

▶ 다음 주 문제

콜럼버스가 신대륙 탐험에 나선 것은 지구가 둥글다는 것을 믿었기 때문이다. 하지만 더 옛날에는 배를 타고 먼 바다로 나가면 낭떠러지에 떨어져 죽는다고 생각했다. 만일 지구가 정육면체처럼 네모났다면 어떤 일이 벌어질까? (문제 풀이나 다양한 아이디어를 이메일로 보내 주세요)