원심력
1. 원심력 (centrifugal force - 遠心力)
원운동을 하는 관성력을 말한다. 원의 중심에서 멀어지려는 힘으로서, 가상의 힘이므로 실제로는 존재하지 않는다. 반대로 물체가 관성에 의해 원운동을 할 때 원의 중심으로 향하는 힘을 구심력이라고 하며, 구심력은 실재하는 힘이고 원심력은 관성에 의해 존재하지 않는 가상의 힘이기 때문에 대응되는 힘이라고 부를 수 없다.
구심력의 예: 중력, 전자기력, 실의 장력
물체는 관성에 의해 직진운동을 하려고 한다. 원으로 돌지만 실제로는 직진운동을 하는 것이고 구심력에 의해 이끌려 원으로 돌게 되는 것이다. 우주에서 모든 물체는 직진운동을 한다. 우주정거장은 원래는 직진운동을 하지만 지구의 중력에 의해 지구 주위를 둥글게 돌게 된다.
이 영상의 설명은 엄밀히 말하면 틀렸다. 가만히 있는 시청자 및 배우들의 관점에서 원심력이란 존재하지 않는다. 컵의 물이 밑으로 떨어지지 않는 이유는 원심력 때문이 아니다. 아니, 떨어지지 않는다는 전제부터가 틀렸다. 사실 컵 안에 든 물은 배우 머리 위에 있는 순간, 분명히 중력의 영향을 받아 9.8 m/s^2로 땅을 향해 가속한다. 하지만 컵과 물이 옆으로 빨리 이동하고 있기 때문에 배우 머리 위에 떨어지지 않는 것 뿐. 지구가 태양을 공전하는 원리와 똑같다. 지구는 매 순간 태양을 향해 가속하지만, 옆으로 이동하는 속도가 워낙 빨라 태양을 못 맞히는 것이다.
원심력은 오직 가속하는 관측자의 관점에서만 나타난다. 빙빙 도는 물컵이 그 예이다. 물의 관점에서는 자신이 사람 주위를 도는 것이 아니라 사람이 자신 주위를 돈다. 배우가 생각했던 구심력 (컵과의 법선력 및 중력)은 실제하는 힘이므로 물의 관점에서도 존재하고, 자신을 배우쪽으로 가속시키려 한다. 하지만 물은 자신이 정지해있는 것으로 본다. 그러니 구심력을 상쇄하는 힘이 분명 존재한다고 착각을 한다. 이 구심력을 상쇄하는 가짜 힘이 원심력이다. 물은, 배우에서 자신을 향하는 방향으로 우주의 모든 것을 매 순간 가속시키는 원심력이 존재한다고 착각하는 것이다. 흥미로운 사실을 하나 더 덧붙이면, 물이 보기에는 이 원심력이 배우를 자신 주위로 빙빙 돌게 하는 구속력, 즉 구심력이다! 물의 관점에서는 원심력이 배우를 원에 붙잡아 놓는 구심력 역할도 하는 것이다.
요약하면, "원심력 때문에 물이 배우의 머리 위에 떨어지지 않는다"는 배우들 및 시청자의 관점에서 보면 틀린 얘기이며, 물의 관점에서 보면 맞는 말이다.
2. 원심력과 직진운동
우주공간에서 우주정거장은 직진운동 에너지를 받고 있지만, 실제로는 지구를 둥글게 돌고 있다. 그래서 겉으로 봤을 때는 원심력이 작용하는 것처럼 보이지만 실제론 직진운동을 하는 운동에너지에 의해 앞으로 가고 있을 뿐이며, 구심력 역할을 하는 중력이 지구로 끌어당기기 때문에 지구를 돌게 되는 것이다.
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<붉은 선이 구심력. 출처 정보 > 궤도(orbit)를 도는 힘은 실제론 직진운동(velocity)이다.
[각주]