[Mechanics] 초기 역학의 역사 | A Brief History of Early Mechanics

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임페투스(Impetus)

impetus란 물체의 운동을 나타내는 값으로 뉴턴 시대 이전의 운동량(momentum)에 대한 원시적 개념이다.

- impetus는 입자수, 물질의 양, 속도를 포함한 물리량이고, 오늘 날의 '운동량' 개념과 비슷하다.

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Ibn Sina, 980-1037, Persian

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고대 그리스의 대철학자 아리스토텔레스는 물체의 운동에 공기가 매질로서 작용한다고 주장했다. 그러나 이 주장은 11세기 페르시아의 철학자 이븐 시나에 의해 반박되었는데, 그는 공기가 오히려 운동을 방해하는 요소라 여겼고, 대신 물체는 이에 저항하는 '숨은 힘의 덩어리'를 가졌다고 생각했다.

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이븐 시나의 주장에 따르면 물체의 움직임은 이 힘의 덩어리가 만든 결과였다. 그리고 그의 이론은 이후 물체 운동에서의 원동력을 둘러싼 논쟁의 한 가지 대답이 되었다.

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Nur ad-Din al-Bitruji, ?-1204, Spanish-Arab

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스페인 이베리아 반도 출신의 아랍인 천문학자 알 비트루지는 이븐 시나가 주장한 '숨은 힘 덩어리'를 알고 있었고, 그의 개념을 빌려 천체 움직임의 물리적 원인으로 impetus를 처음 명명했다.

- impetus는 영원불멸하며 물체에 귀속되지 않기 때문에 충돌 등의 상호작용으로 전파되지 않는다.

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Jean Buridan, 1295-1363, French

프랑스의 철학자이자 신부였던 장 뷔리당은 impetus의 개념을 더욱 발전시켜, impetus를 물체의 질량과 속도에 관련있는 값이라 생각했고, 이후 자유낙하하는 물질에 적용시키고자 했다.

- 질량이 무겁고 속도가 빠를수록 힘의 덩어리의 크기가 크다.

- 물체의 많은 운동을 impetus의 개념으로 설명하려 했다. ⇒ 대포에서 발사되는 쇠공은 쇠공이 가진 impetus로 인해 포물선 운동을 한다.

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뉴턴 이전의 물체의 운동 분석

Aristotle, 384-322 BC, Greek

아리스토텔레스

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"돌과 같이 무거운 물체는 지표면에서 쉬고 싶어하는 반면 연기와 같이 가벼운 물체는 하늘과 별이 있는 천상에 있고 싶어한다."

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아리스토텔레스는 물체의 가장 안정한 상태를 그 물체가 운동을 지속하고 싶어하는 방향성으로 설명했다. 따라서 아리스토텔레스의 관점에서 지표면을 따라 움직이는 물체는 '멈추기를 원하고', 이에 지속적으로 운동을 시켜주기 위해선 추진력이 필요하다고 주장했다.

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Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei, 1564-1642, Italian

갈릴레오 갈릴레이

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"In the absence of a force, a moving object will continue moving."

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한편 이탈리아의 천문학자이자 기술자였던 갈릴레오는, 아리스토텔레스의 주장과는 달리, 물체의 속도(velocity)의 변화를 위해서 힘이 필요하다고 주장했다.

- 그러나 이미 속도를 가진 물체의 운동은 어떠한 힘이 없더라도 그 상태가 유지된다고 보았다.

- 갈릴레오는 속도의 변화량이 반영된 물리량인 가속도(acceleration)를 인지하고 있었다.

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Johannes Kepler, 1571-1630, German

갈릴레오는 독일의 천문학자였던 케플러가 엄밀히 정의한 관성(inertia; 속도의 변화(운동 상태의 변화)에 저항하는 물체의 경향성(tendency to resist changes))으로부터 물체의 보편적 성질을 유추했고, Newton이 이후 이 발견을 '운동 제 1법칙'으로 최종 정리했다.

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"A body moving on a level surface will continue in the same direction at a constant speed unless disturbed."

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