한번 테스트 해봅시다.

글쓴이
로켓연구가
등록일
2002-07-16 19:53
조회
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댓글
38건
저도 오늘까지 선배에게 듣기 전에는 답하기 어려웠던 문제입니다.
한번 오늘 확실히 해봅시다.

1. 하늘에 비행기가 떠 있습니다.
  이 비행기의 무게는 지구의 무게에 포함됩니까? 안됩니까?

  인공위성은 어떻습니까?


2. 병속에 파리를 넣고 뚜껑을 닫습니다. 병속에서 파리가 날고 있네요.
  그러면 이 파리가 들어가 있는 병을 저울로 잰다고 할 때 그냥 병만
  쟀을 때와 무게가 같을까요? 더 무거울까요?

 
  • 로켓연구가 ()

      지금 보니 너무 말투가 건방지군요. 물어보는 주제에. 하하 재미있게 해보자고 그런 것이니 너그럽게 윤허해주시길. 요즘들어서 역시 실제 현상을 설명할 수 없는 저의 지식의 짧음에 통탄을 금치못하고 있기 때문에.. 그럼 답변 부탁합니다.

  • 소요유 ()

      1. 비행기는 당연히 포함됩니다. 왜냐하면 지구 무게 혹은 질량을 잴때  비행기를 떠받치는 공기의 압력(=힘)이 지구에 전달되기 때문이죠.  인공위성은 지구와 분리된 계입니다. 즉 원심력 (관성력)=중력, 이렇게 되어  지구에 미치는 힘 = 0,  이렇게 됩니다.  그러니 지구를 올려놓은 저울에 영향을 하나도 안미치게 됩니다.

  • 소요유 ()

      2. 비행기와 같은 이유로 무게 & 질량이 '파리만큼' 늘어납니다.  이게 수학과 같은  엄밀한 답이구요, 실제 실험적인 입장에서는 실험치의 유효숫자, 즉 오차를 감안하면 위 비행기 문제의 경우 실제로는 질량에 변화가 없다고해야 맞을 것입니다.  파리문제는 충분히 민감한 저울을 이용하면 파리질량이 더해진 것을 감지할 수 있겠죠. 즉 '과학자'로서 최종적인 답은 실험장치의 민감도에 따라 답이 다르다 입니다.

  • 임호랑 ()

      1에서 지구에서 멀리 떨어진 곳에서 볼 때는 당연히 인공위성도 지구의 질량에 포함되겠죠? 

  • 소요유 ()

      아 그렇네요. 지구+인공위성을 하나의 시스템으로 보면 그렇게되네요.

  • 과학도 ()

      글쎄요.. 비행기가 낮은고도에서 소닉붐을 지상에 전파시키면서까지 난다면 공기의 압력이란 요소를 고려할 수 있지만 그래도 이 압력이 단지 (지면에 평행한 수평비행을 가정할 경우) 형상과 속도만에 의해 결정되므로 비행기의 무게가 지구에 포함된다는 말은 문제가 있을듯 싶습니다.

  • 과학도 ()

      그리고 파리의 날개치는 압력은 무시해도 좋을 정도가 아닐까요? 그리고 인공위성의 경우는 보존된 운동량을 공유한다는 개념과 이 경우가 차이가 있겠죠. 아마 소요유님이 전자로 생각하신것 같은데 지구자전을 이용해 위성을 발사시키기는하지만 그래도 대부분은 화학적 작용인 자체추진에 의해 에너지를 얻으므로 지구의 운동량이 전달되는건 거의 없을것 같군요.(이 역시 지구를 "차는" 작용이라 볼수도 있기는하지만 로켓추진은 진공중에서도 마찬가지이므로 그렇게 볼 수 없지 않을까요.

  • 과학도 ()

      그리고 무엇보다 마지막으로 극단적인 상황을 가정해 지구 무게에 상당히 근접한 거대한 위성을 지구에 대해 공전하도록 하면 적으나마 지구의 궤도가 변할겁니다. 즉 지구를 도는 위성은 지구의 무게에 포함되지 않는다고 봐야죠. 아주 작지만 그리고 서로 다른 위치에 있는 위성들끼리 효과를 상쇄하겠지만 결국 만유인력법칙에 따라 그들도 지구와 상호작용하여 지구에 교란을 주니까요. 제 생각입니다.

  • 소요유 ()

      아 이문제는여라가지로 생각해 볼 수 있는 문제가 되겠군요. 전  단지 간단한 과학상식쯤에나 나오는 문제로 생각했었거든요.  다시 과학도님이 말슴하신 비행기가 지구의 무게  (무엇에 대한?)에  포함되는냐의 문제는 결국  비행기가 인공위성보다 역학적으로 지구와 더 종속적이냐 아니냐로 이해하면 될 것 같군요.  다시 힘의 문제로 돌아가서  비행기자체에 걸리는 힘은  중력 = 부력+양력, 이렇게 되어  0이 됩니다. 즉 인공위성과 같은 상태가 됩니다. 그런데 비행기의 양력은 비행기의 속도와 관계된 힘으로 마찰을 무시하면 양력은 비행기가 지구대기에 미치는 압력과 같게됩니다. 파스칼의 원리에 의하여 이 대기의 압력은 지구에 전달되므로 실제적으로 비행기는  인공위성과 달리 '지구에  속한 상태'가 됩니다. 

  • 소요유 ()

      파리문제도 마찬가지로 생각할 수 있습니다. 파리는 양력=중력으로 공기중에 떠 있는 상태를 유지하지만  양력을 만들기 위하여  공기에 압력을 가해야하고 이 압력은 병 바닥에 전달됩니다. 그러므로 '충분히 민감한' 저울이라면  이 압력을 측정할 수 있을 것입니다.

  • 돌팔이 ()

      지구의 무게랑 질량이랑 혼돈하신다는 생각...내 생각엔 별로 의미가 없는 질문같은데...왜냐면 지구는 우주속에 떠 있는 상태고 지구내부에서의 무게라는건 지구 중력에 대한 작용반작용의 상대값을 나타내는 것이니까....아닌가요?

  • 돌팔이 ()

      그리고 인공위성은 크나 작으나 지구 위에 떠있다는 점에서 무게에 포함되지 않을 것같습니다. 님들의 주장대로라면...달도 지구의 무게함되지 않을까요?...간단한 트릭같은데..ㅋㅋㅋ

  • 돌팔이 ()

      그리고 파리문제는 정말 내 생각엔 쉽네요. 당연히 포함되지 않죠. 병뚜껑을 열거나 닫거나 마찬가지로 날고 있다면 포함되지 않겠죠.  파리의 날개가 중력에 대한 반작용을 하고 있으니까.

  • 돌팔이 ()

      병뚜껑이 열렸다고 해도 파리의 날개는 같은 양의 공기를 내 보내고 같은 양의 공기를 끌어드릴테니까...

  • 소요유 ()

      돌팔이님, 그렇지 않습니다.  파리가 날려면 날개로 중력을 지탱할 수 있는 양력을 만들어 내야 합니다. 이 양력의 반작용력이 공기에 압력으로 전달되어야 합니다.  이 공기 압력은 병바닥에 전달되고, 결국 저울의 눈금을 옮기게 됩니다.

  • 돌팔이 ()

      ^^ 그러니 트릭이라는 것이지요. 잘 생각해보세요. 소금을 물에 집어 넣어요 총 눈금이 변할까요? 마찬가지로 파리날개가 만들어 내는 힘은 공기 압력을 자극할 만한 수준은 아니라고 생각되네요. 또 열렸을 경우엔  더 달라지지 않겠죠. 이 문제의 소스는 파리가 떠 있느냐 안떠 있느냐에 달린 것 같아요. 

  • 돌팔이 ()

      닫혀있을경우엔 파리가 공기에 압력을 준 만큼 지 몸에 반작용이 오겠죠. 그래서 힘은 0이 되는 것이구요. 만약에 님이 몸무게 저울에 올라가서 발에 힘을 줘보세요. 답이 달라지나, 하지만 쿵 하고 발을 뛰었다고 놔보세요. 잠시 달라질 수 있겠죠. 그건 이 문제에서 파리가 앉았을때는 눈금에 파리의 몸무게가 포함되지만 파리가 떠 있을 경우엔 포함되지 않는다는 말과 같죠. 잘보시면 아실텐데...

  • 돌팔이 ()

      파리가 앉았다는것은 지 몸을 병(바닥)에 의지했다는 것이므로 당연히 포함되는것이고 날고 있다는것은 병 뚜껑을 여나 닫으나 공기중에 있다는 소리니깐요. 그리고 공기중에 있다는걸 쉽게 생각한다면 병의 입구를 꺼꾸러 들어서 생각해 보세요. 그리고 그 안에 파리를 넣었다고 날고있다면 아무 재약에 없지요 하지만 파리가 바닦- 즉 무게 저울에 앉았을때는 포함이되는것이죠.

  • 돌팔이 ()

      병이 아닌 컵으로 생각해도 좋을것같네요. 

  • 소요유 ()

      그렇죠. 결국은 바닥에 않아 있으나 날라다니나 무게는 마찬가지란 이야기죠.

  • 돌팔이 ()

      아니죠. 바닥에 있다면 엄밀히 말해서 병에 붙은것이고 무게가 포함되지만 떠 있다면 공기안에 있는것이니깐요. 근데...공기값이 무게저울에 포함될까요? 그게 바로 물과 공기를 비교할때 고려해야 할 점이라고 생각되는데..만약에 님이 컵에다가 그냥 손가락을 집어넣었다고 생각해보세요. 허공에다가.. 컵 주변을 터지하지 않고요. 그럼 컵의 무게에 님 손가락 값이 들어가나요? 컵 속에 떠 있는 파리가 바로 님의 손가락처럼 생각될 수 있는 것이지요. 흠...내가 뭘 잘못생각한다면 좀더 자세히 설명해 주시길...내 생각엔 절대 그럴 수 없는 것같은데..

  • 소요유 ()

      그렇지 않습니다. 측정의 문제를 도외시하고, 이 문제를 힘의 문제로만 본다면 파리가  공중에 날려면 그 힘이 어디에서 원인이되는지를 살펴봐야 합니다. 공기역시 무게를 가지고 있습니다.  물과 다른 점은 compressable한 점, 그리고 뚜겅을 열었을때 공기가 빠져 나갈 수  있다는 점일 것입니다. 파리가 병 바닥에 앉든 공중에 뜨든 공기는 파리의 부피만큼  밖으로 나아갈 것이고, 그 부피에 해당하는  공기의 무게만큼 파리가 가벼워지겠지요.  즉 파리가 날던 안날든지 부력에 의한 차이는 없다는 말이됩니다. 결국 나는 경우와 앉아 있는 경우의 차이는 파리에 미치는 힘이 어떻게 되는냐 입니다.

  • 돌팔이 ()

      그리고 물고기는 부레의 압력에 의해 가는 것이라 따로 작용반작용이 필요없고 부력으로만 설명이 가능하지만  파리는 날개짓의 반작용으로 나는것이잖아요. 어떻게 날개짓의 힘으로 본인이 날수도있고 공기에 압력을 줄수도 있나요? 몸은 하나인데 힘이 두개로 분산되나요? 흠....난 역시 돌팔이인가보다...좀 알려주세요.

  • 돌팔이 ()

      하지만 윗분이 낸문제는 뚜껑을 닫혀놓은 상태였잖아요. 꼭 공기가 날라간다고 할 수는 없지 않나요?

  • 돌팔이 ()

      공기값은 언제나 제외된다고 가정하지 않나요? 초기에 저울의 눈금을 0으로 맞춰주는 이유가 그런것이구요.

  • 소요유 ()

      저울위에 있는 공기가 들어있는 컵속에 손가락을 짚어넣으면 손가락의 부피만큼 컵밖으로 공기가 빠져나가겠지요.  손가락을 공기중에 정지 시킨채로 가만히 놓아두면 손가락이 공기 중에 정지해 있는 원인이 손가락의 중력과 공기로부터 발생하는 다른 형태의 힘이 맞서서 그렇게 공기 중에 정지되어 있는 것이 아니라  손에 매달려 장력에 의하여  중력이 유지되게 됩니다. 즉 병속에 날고 있는 공기 중의 파리는 양력에 의하여 지신의 무게를 지탱하며, 양력은 공기의 압력으로 생성되지만, 손가락은 내 손의 장력에 의하여 지탱되는 점이 다릅니다. 즉 파리 + 병 + 공기는 역학적으로 같은 시스템이지만 손가락과 공기 + 컵은 역학적으로 독립된 시스템입니다. 다만 손가락에 부피에 의하여 밀려나간 공기 무게 만큼 가벼워져야  합니다.

  • 돌팔이 ()

      측정의 문제를 도외시한게 아니라 힘의 원인인 공기를 컵에 있거나 컵 밖에 있거나 파리한테 미치는 영향은 마찬가지라고 역으로 생각했던 것입니다. ^^

  • 소요유 ()

      양력은 단순하게 발생하는 것이 아니라 물체의 움직임에 대한 반작용력으로 봐야 합니다.  물고기가 물에 떠있게 되는 이유가 부력으로 설명할 수 있습니다.  부력은 유체속에 들어있는 물체의 부피에 해당하는 유체의 무게만큼 가벼워 진다는 전통적인 아르키데메스의 원리를 유체역학적으로 해석하면 유체속의 물체가 유체에 미치는 압력에 대한 반작용력으로 해석할 수 있습니다. 즉 유체곳에 들어가 물체가 자신의 부피만큼 유체를 밀어낸 데에 대한 유체로부터의 반작용력입니다. 유체는 파스칼의 원리에 의하여 유체의 한 곳에 압력을 가하면 같은 압력이 사방에 전달됩니다. 

  • 소요유 ()

      물고기나 파리가 추진력을 갖는 문제는 좀 다른 문제이구요.  위 문제에서 병의 뚜겅을 닫든 안닫든 파리가 미리 들어가 있음을 가정해야하므로 공기의 부피는 변하지 않는다고 봐야 합니다.  결국은  파리에 중력과 양력, 그리고 그에따르는  공기의 압력을 어떻게 설명하는가에 달려 있습니다.  다시 말하면  파리나 비행기가 공기 중에  떠있게하는 힘은 물고기가 물속에 떠 있게 하는 힘 (즉 부력)과는 다른 종류의 힘, 즉 양력입니다. 양력은 물체가 유체에 어떤  형태의 힘을 직접 가함으로써 발생한 반작용력입니다. 그렇지만 유체 속에 있는 물체가 운동하든 안하든 느끼는 부력이나 양력에 해당하는 압력을 유체에 전달하게됩니다.  이 압력은 결국 병 바닥에 힘을 미치고 저울의 눈금을 움직이게 됩니다.

  • 돌팔이 ()

      쉽게 생각해 보세요. ^^ 오늘 실험실에 가셔서 한번 해보세요. ^^ 그리고 손가락에 중력은 필요없지요.. 떠 있으니까. 장력도 필요없구요. 흠... 내가 손가락으로 예를든건 병의 무게를 생각해서 내 손가락이 병의 무게에 포함되냐 안돼느냐 였지 공기는 상관이 없었지요. 왜냐면 애초에 무게저울 위로 꽉차있는 공기값을 0으로 맞춰놓고 시작하니깐요. ^^

  • 돌팔이 ()

      님이  양력을 말씀하셔서 혹시 몸무게 저울 위로 올라거시면 몸을 움직여보라는 말을 했던 것입니다. 그건 무게랑 상관이 없는 문제같아요. 

  • 돌팔이 ()

      압력과 무게를 혼돈하시는게 아닌지...

  • 소요유 ()

      돌팔이님은 병속에서 날고있는 파리하고 병속에 밀어넣은 손가락하고  같다고 이야기하는 겁니까 ?  그렇담 더 설명이 필요없겠군요.

  • 돌팔이 ()

      그리고 파리가 주는 양력의 벡터방향을 혼돈하신게 아닐지...물론 내가 틀릴수도 있지만요. ^^

  • 소요유 ()

      파스칼의 원리를 함 공부해 보시기를......  그리고 무게와 힘의 관계도 함 공부해 보시길 권합니다. 

  • 돌팔이 ()

      흠.... 님은 무게 저울에서 병을 띠어서  그 안에 내용물이 얼마냐를 생각하시지만 저는 무게저울을  눌러주는 힘에 파리가 직접적으로 영향을 주는게 아니므로 무게에 이상이 없다고 생각한것입니다. 파스칼의 정리를 모르는게 아니라 제대로 알기 때문에 이 문제와는 상관이 없다고 한 것입니다.  유체라는것 자체가 병처럼 갖힌공간에서 적용되는 문제가 아니므로 만약에 유체역학으로 말씀하시려했다면 이 문제 취지가 잘못된것입니다.

  • 강태희 ()

      이 2번문제 '재미있는 물리여행'에 나온문제랑 비슷하네염 파리가 든 병이 더 무겁습니다. 그 이유는 파리의 날개짓으로 생기는 공기의 흐름 특히 아래쪽 기류에 의해서 파리의 무게가 병의 바닥으로 전해집니다.  음 그리고 1번문제는 전부 포함된다고 생각합니다. 이렇게 생각하면 어떨까여? 땅위의 돌이나 비행기나 인공위성이나 어차피 다 '위'에있지여. 아니면 비행기라는것은 떠있는데 그냥 떠있는것이 아니고 아래로 어떤 힘을 주고 있다고 생각할수 있습니다(공기기류).

  • 김치 ()

      지구의 무게라는 것은 없습니다. 단지 질량만 존재하지요. 따라서 "지구의 무게에 포함되는가" 라는 문제는 있을 수가 없습니다. "지구의 질량에 포함이 되는가"라는 질문은 가능하겠지요. 그리고, 질량불변의 법칙에 의하여 답은 나올테고요. 무게라는 것은 중력에 대한 상대적인 값입니다. 같은 질량이더라도 지구와 달에서의 무게는 다르지 않습니까? 결국, 인공위성이나 자유낙하하는 물체등과 같이 무중력 상태의 물질은 무게가 zero이겠지요.



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