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뉴턴의 만유인력의 법칙 발견
쇳덩이, 나무, 새의 깃털 등 무거운 것이나 가벼운 것이나 위에서 떨어뜨리면 모두 밑으로 떨어진다.
왜 모든 물체는 땅에 떨어질까?
그리고 왜 무거운 것일수록 빨리 떨어지고 가벼운 것은 천천히 떨어질까?
아리스토텔레스는 무거운 물체는 가벼운 물체보다 아래쪽으로 빨리 떨어지는 성질이 있어서 빨리 떨어진다고 했고, 그래서 사람들도 처음에는 그렇게 믿었다.
그런데 이 학설에 의문을 품은 사람이 있었다. 바로 피사의 사탑이 있는 이탈리아 피사대학의 갈릴레오 갈릴레이 교수다.
“자, 여러분! 제 손에는 무게가 각각 다른 두 개의 금속이 있습니다. 어느 것이 먼저 떨어질까요?”
아리스토텔레스의 학설대로라면 무게가 각각 다르니까 무거운 것부터 떨어져야 옳다. 그러나 갈릴레이의 실험 결과, 두 금속은 똑같은 시간에 동시에 땅에 떨어졌다.
“자, 이제 알았지요? 무거운 물체나 가벼운 물체나 조금도 틀리지 않고 같은 시간에 떨어졌습니다. 그런데 나뭇잎이나 새의 깃털처럼 가벼운 것이 천천히 떨어지는 것은 그 물체가 가벼워서가 아니라 공기의 저항이 떨어지는 물체를 방해하기 때문입니다.”
“공기의 저항?”
“그렇지요. 물체가 아래로 낙하하는 것은 지구 자신의 위에 있는 물체를 그 중심으로 끌어당기는 힘 때문입니다. 이것이 중력입니다.”
그러니까 공기의 영향을 받지 않는 곳 즉, 진공상태에서는 돌멩이나 나무, 새의 깃털, 금속 등이 모두 동시에 낙하한다.
이 위대한 실험을 피사의 사탑에서 보여준 갈릴레이가 1642년 세상을 떠나던 해, 영국의 한 농가에서는 아이 잭 뉴턴이라는 아기가 태어났다.
뉴턴은 태어나기 몇 달 전 아버지를 여의고 홀어머니 밑에서 자라다가 어머니마저 재혼하는 바람에 외할머니와 함께 병약한 소년으로 성장했다.
“애야, 내가 돌아왔다.”
뉴턴이 14살 되던 해, 그의 어머니는 다시 돌아와 그와 함께 살게 되었지만 뉴턴은 우울한 환경 때문이었던지 친구들과 어울려 노는 것보다 혼자서 자연현상을 관찰하거나 해시계와 물레방아 등 여러 가지 기계들을 만들며 놀았다.
동네 아이들은 그런 뉴턴을 바보, 목수라고 놀렸다.
그가 16살이 되던 해, 바람이 세차게 부는 어느 날이었다.
뉴턴은 혼자서 바람이 부는 방향으로 뛰어보고, 반대방향으로 뛰어 보고, 제자리에서도 뛰어보았다.
“이상하다. 지구에 중력이 있어서 뛸 때 몸이 곧바로 제자리에 떨어지는 것은 알겠는데, 바람의 힘이 세다고 해서 중력을 방해할 수 있다니?”
뉴턴이 뛰는 모양을 보고 지나가던 농부는 그를 정신이 이상하다고 생각했지만
교회의 목사인 그의 외삼촌은 뉴턴의 남다를 재능을 발견하고 케임브리지 대학에 그를 입학시켰다.
그가 24세가 되던 해, 유럽 전역을 휩쓴 무서운 페스트가 영국에도 침입했기 때문에 대학도 휴학하게 되어 뉴턴은 고향에 돌아와 태양광선의 연구를 하고 있었다.
그러던 1666년 가을 어느 날, 집 앞 뜰에 앉아 생각에 잠겨있던 그의 눈앞으로 잘 익는 사과 한 개가 떨어졌다.
‘갈릴레이의 피사의 실험을 생각나게 하는구나. 사과가 땅에 떨어지다니. 왜 사과는 땅에 떨어지는 것일까?
다음 순간 그의 머릿속으로 한 생각이 급히 지나갔다.
‘지구에 중력이 있어서 물체를 잡아 다니는 힘이 있다면, 사과 쪽에도 그런 힘이
있어야 하지 않나?’
뉴턴은 지구뿐만이 아니라 다른 어떤 물체에도 물체를 잡아 다니는 힘이 있을 것이라 생각하고 연구를 시작하여 마침내 그의 나이 42세가 되던 해, 이 이론을 완성했다.
지상에서 물체가 낙하하는 것은 중력 때문이며, 이 힘은 지구와 달의 사이에도 작용하고, 이러한 힘을 우주 전체의 모든 물체에 적용시켜 만유인력이라고 부른다.
글 : 왕 연 중
(한국발명문화교육연구소 소장, 영동대학교 발명특허공무원학과 겸임교수)
(이메일 : wangyj39@dreamwiz.com 전화 : 011-890-8578 )
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