지구를 당긴 사과 – 힘의 크기와 효과 (2021. 6. 30)

 

 

 

폭행 사건으로 법정에서 마주한 두 사람

얼굴에 멍이 든 사람은 일방적으로 맞았는데

때린 사람은 쌍방폭생이라 주장합니다.

 

자기 주먹이 상대방 얼굴과 부딪힌 건 맞지만

충돌 때 주먹과 얼굴 사이에 작용한 힘의 크기는 같다고 하면서 말이죠.

 

두꺼운 상대방 얼굴이 자기 손에 충격을 주었으니

오히려 자기가 피해자라고 큰소리칩니다.

여러분이 판사라면 어떻게 판결 내리시겠습니까?

 

세계 최정상급 복싱 선수의 펀치력은

1톤 물체의 무게와 맞먹는다고 합니다.

 

그럼 복싱 선수가 풍선을 쳤을 때는 어떻게 될까요?

실은 보통 사람이 쳤을 때와 별 차이가 없습니다.

 

풍선이 주먹에 1톤의 힘을 가할 수는 없기때문입니다.

그렇다면 경주용 자동차가 빠르게 달리기 위해서는

바퀴와 지면 사이에 마찰력이 큰 게 좋을까요? 작은 게 좋을까요?

 

마찰력은 운동을 방해하는 힘이므로

작은 게 좋다고 답한다면 틀렸습니다.

바퀴가 지면을 강하게 밀수록 지면도 바퀴를 앞으로 강하게 밀어주기 때문입니다.

 

경주용 자동차에서 사용하는 매끈한 슬릭 타이어의 역할은

바로 이 마찰력을 증가시키는 것입니다.

 

자동차 뒤에 붙어 있는 스포일러 역시도

날개처럼 생겼지만 자동차를 뜨게 하는 것이 아니라

아래로 눌러주어 마찰력을 증가시키는 역할을 합니다.

 

맞은 사람은 억울하겠지만 작용 반작용 법칙에 따르면

폭행범의 주장이 틀린 것만은 아닙니다.

 

주먹으로 얼굴을 칠 때 주먹과 얼굴 사이에

작용한 힘의 크기가 같기 때문입니다.

 

하지만 이 주장에는 치명적인 단점이 있습니다.

 

힘의 크기가 같다고 해서 힘의 효과도 같은 것은 아니라는 점입니다.

사과가 떨어질 때 지구가 사과를 당기는 힘과 사과가 지구를 당기는 힘의 크기는 같습니다.

 

하지만 힘의 효과는 전혀 다릅니다.

사과는 지구로 낙하하고 지구는 그대로 있기 때문입니다.

 

이런 차이가 생기는 이유는

지구가 사과보다 질량이 엄청나게 크기 때문입니다.

물론 사과가 지구로 낙하하는 동안 지구도 사과를 향해 낙하합니다.

 

단지 원자보다 훨씬 짧은 거리를 이동하므로

측정할 수 없을 뿐입니다.

 

탱크가 벽을 부수고 지나갈 때를 생각해볼까요?

탱크와 벽 사이에 작용한 힘의 크기는 같지만

탱크가 벽보다 단단하므로 벽만 부서집니다.

 

마찬가지로 주먹과 얼굴이 충돌하면 작용한 힘이 같더라도

구조가 약한 쪽이 더 큰 피해를 입습니다.

 

그러므로 주먹으로 때린 사람은 폭행범이 맞다고 하겠습니다.