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회전목마

category 재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:59

회전목마

피터와 대니가 아래 그림처럼 돌고 있는 회전목마 위에 서있다.  피터가 대니를 향해 똑바로 공을 던졌을 때

 



a) 공은 대니에게 간다
b) 공은 대니의 오른쪽으로 간다
c) 공은 대니의 왼쪽으로 간다


정답은 b).

처음에는 공이 대니에게 똑바로 던져졌지만 공이 다다를 시간에 대니와 회전목마는 그 자리에 있지 않고 움직여 위치가 달라진다. 따라서 공은 대니를 맞추지 못한다. 오른쪽 필름은 회전목마가 어떻게 움직여 갔는지, 또한 "R"이 원래 대니가 서 있던 장소로 옮겨간 과정을 보여준다. 결국 공은 대니의 "R" 쪽 방향으로 가게 된다. 또 한가지, 피터가 대니를 향해 똑바로 공을 던진 순간에도 공은 대니 쪽으로 날아가지 않는다. 어째서? 피터가 서 있는 위치는 고정되지 않았으니까. 피터는 회전목마를 따라 움직이고 있다. 공은 피터의 속도에도 영향을 받으며 결국 "R" 방향으로 비껴나가게 된다.
우리가 사는 세상이 빙빙 돌고 있다면 물체는 목표에 겨눈 방향대로 움직여 나가지 않는다. 사실 똑바로 직진하는 것처럼 "보이지"않을 것이다.
이런 편향효과는 그것을 처음으로 연구한 사람의 이름을 따서 코리올리(효과)라고 부른다. 지구도 실제로 자전하고 있으므로 지상에서 움직이는 물체에는 크든 작든 코리올리 효과가 나타난다.
공을 피터에게서 대니로 강제로 가게 하려면 어떤 방향으로 던져야하나? 방법은 피터에게서 대니까지 이어지는 파이프 속을 지나게 하는 것이다(그림을 볼 것).



파이프는 직선형이지만 볼이 가는 동안 회전을 하게된다. 따라서 파이프는 똑바르지만 공은 커브진 경로를 따라 움직인 셈이다. 물체를 회전시키는 데는 힘이 필요하기 마련이다. 파이프의 굵은 선 쪽에서 공에 힘이 가해져야 한다. 피터와 대니는 공이 커브를 그렸다고 생각할까? 그렇지 않다. 그들은 파이프와 같이 회전을 했기 때문에 공은 똑바로 움직였다고 생각한다. 그렇지만 왜 공이 파이프의 옆을 계속 밀어내는지 의아해 할 것이다. 물론 자신들이 원운동을 하고 있다는 것을 깨닫는 순간 그 의문은 풀릴 것이다.

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