거꾸로 오르는 바퀴 (역학적 에너지 보존 법칙, 질량중심)

1. 거꾸로 오르는 바퀴?

 

https://www.youtube.com/watch?v=935BO6w_I8c 

위에 있는 물체는 응당 아래로 떨어지기 마련입니다. 그러나 영상 속의 바퀴는 반대로 움직이죠? 왜 이런 일이 발생하는 걸까요? 이러한 물체의 역학을 이해하기 위해서는 '역학적 에너지의 관계' 및 '물체의 질량중심'에 대해 알아야 합니다.

 

2. 알아야 할 물리학 개념

 

1) 운동 에너지

질량이 m이고, 속도 v로 운동하는 물체가 가지는 물리량으로써 기호는 Ek(kinetic energy), 단위는 J

 

2) 중력 퍼텐셜 에너지

기준점으로부터 높이 h인 지점에 질량이 m인 물체가 가지는 물리량으로써 기호는 Ep(Potential energy), 단위는 J

 

3) 역학적 에너지 보존 법칙

물체의 운동 에너지와 중력 퍼텐셜 에너지의 합은 물체의 역학적 에너지로 정의됩니다. 물체의 역학적 에너지는 마찰이나 공기저항이 무시되는 상황에서 일정하게 보존됩니다.

 

역학적 에너지 보존 법칙을 증명하는 뉴턴 운동 법칙

2023.03.21 - [2023 물리학I 톺아보기] - 일과 에너지(일-에너지 정리, 운동 에너지, 퍼텐셜 에너지, 역학적 에너지 보존)

일과 에너지(일-에너지 정리, 운동 에너지, 퍼텐셜 에너지, 역학적 에너지 보존)

 

4) 물체의 질량중심

물체 전체의 모든 질량이 모여 있는 한 점이 그 물체의 질량중심입니다. 물리 문제를 풀다보면 '물체의 크기는 무시한다.'란 전제 조건을 많이 봐왔을 거예요.이는 물체 자체를 '질량중심'이란 점으로 치환하겠다는 뜻입니다.

 

3. 실험 분석

 

편의상 바퀴가 경사면에서 움직이는 동안 모든 마찰과 공기 저항을 무시합시다. 그러면 바퀴의 역학적 에너지는 보존돼야겠죠? 경사면 아래로 내려올수록 바퀴는 자신이 가지고 있던 중력 퍼텐셜 에너지를 내어주는 만큼 운동 에너지를 얻습니다. 따라서 경사면 위에 있는 바퀴가 아래로 내려오는 것은 지극히 자연스러워요.

 

그렇기에 실험 상황의 거꾸로 오르는 바퀴는 중력을 거스르는, 자연 법칙을 위배하는 매우 부자연스러워 보입니다. 그러나 우리는 '어린 왕자'에서 여우가 어린 왕자에게 한 말을 곱씹을 필요가 있습니다.

 

"중요한 건 눈에 보이지 않아"

 

우리의 눈에 보이지 않는 건 바로 바퀴의 '질량중심'이죠.

바퀴에 표시된 점 = 바퀴의 질량중심

사실 실험 상황에서의 바퀴는 위로 올라갈수록 중력 퍼텐셜 에너지가 감소해요. 위로 올라갈수록 질량중심이 빨간 경사면에 가까워지니까요. 이 실험의 거꾸로 오르는 바퀴도 중력 퍼텐셜 에너지를 내어주고 운동 에너지를 얻는 매우 자연스러운 경우인 셈이죠.

 

Kitsch - IVE

https://www.youtube.com/watch?v=B8_Pbd8eVf0&list=RDB8_Pbd8eVf0&start_radio=1 

 

“달콤한 말, 뒤에 숨긴 너의 의도대로 따라가진 않을 거야”

키치란 예술을 논하는 것 같지만 실상은 돈벌이를 추구하는 것, 즉 진심 없는 가짜. 쉽게 말해 거짓 가면을 뜻합니다. 삶이나 인생 전반에 대한 성찰이 부재할 시 이런 저런 키치에 휘둘리며 살기 십상입니다. 이러한 키치에 대한 저항과 반항의 정신이 노래 가사에 표현되어 있다고 볼 수 있습니다.

 

"중요한 건 눈에 보이지 않아."

중요한 것은 눈에 보이지 않습니다. 부디 보이지 않는 것을 꿰뚫어 볼 수 있는 냉철한 이성의 눈을 갖춰 잠깐의 탐욕과 쾌락에 여러분의 중요한 것들을 기만당하게 놔두지 마세요. 여러분. 냉철한 이성은 거저 주어지는 것이 아닙니다. 그것은 고통과 외로움을 참아내며 쟁취하는 것입니다. 숱한 실패가 짓누르는 삶의 무게를 견뎌내는 몫은 오로지 내게만 있음을 받아들이세요. 그렇기에 인생은 본디 스스로와의 외로운 싸움입니다. 그리고 그 싸움은 단기에 끝나지 않고 장기전으로 이어질겁니다.

Sea Pearl, 깊은 바다의 어둠 속 기나긴 외로움을 받아들인 조개는 주옥같은 진주를 품어냅니다. 

Sea Pearl ㅈ같은 인생되기 싫으면 인정해야 합니다.

인생은 본디 스스로와의 '기나긴' '외로운' 싸움이라는 것을.