제2권: 역학 — 운동의 세계

Chapter 1: 운동과 힘

1. 운동의 기술

1-1. 위치, 속도, 가속도 — 운동을 숫자로 표현하기

세상은 움직인다 — 그리고 우리는 그것을 말로 표현하고 싶다

지금 이 순간, 당신이 가만히 앉아서 이 글을 읽고 있다고 생각해 보자. 정말로 가만히 있는 걸까?

사실 당신은 지금 이 순간에도 엄청난 속도로 움직이고 있다. 지구는 자전축을 중심으로 초속 약 460미터(적도 기준)로 회전하고 있고, 동시에 태양 주위를 초속 약 30킬로미터로 공전하고 있다. 태양계 전체는 은하 중심을 초속 약 220킬로미터로 돌고 있다. 당신은 지금 우주를 시속 수십만 킬로미터로 질주하는 우주선 위에 앉아 있는 셈이다!

그런데 이상하지 않은가? 이렇게 빠르게 움직이고 있는데, 왜 우리는 전혀 느끼지 못하는 걸까?

이 질문에 답하려면, 먼저 "움직인다"는 것이 정확히 무엇을 의미하는지부터 정리해야 한다. "빠르다", "느리다", "가속한다", "멈춘다" — 이런 말들을 우리는 일상에서 쉽게 쓰지만, 물리학자에게 이 단어들은 훨씬 더 정확한 의미를 가진다. 그리고 그 정확한 의미를 이해하는 순간, 우리는 자동차의 속도계가 왜 그렇게 생겼는지, GPS가 어떻게 당신의 위치를 알아내는지, 야구공이 날아가는 궤적이 왜 포물선인지를 설명할 수 있게 된다.

물리학의 가장 첫 번째 질문은 이것이다:

"물체가 어디에 있고, 얼마나 빠르게, 어떤 방식으로 움직이고 있는가?"

이 질문에 정확하게 답하는 것이 바로 운동학(영문: kinematics)이다. 운동학은 "왜 움직이는가?"는 아직 묻지 않는다. 그것은 나중에 뉴턴의 법칙이 답할 문제이다. 지금은 오직 "어떻게 움직이는가?"만을 묻는다.