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보는 사람마다 다른 빠르기 (상대 속도)
나란히 달리는 친구는 멈춰 보이고 마주 오는 차는 엄청 빨라 보이는데, 빠르기는 왜 보는 사람마다 다를까요?
무슨 일이 일어났나
빠르기와 방향(속도)은 «무엇을 기준으로 재느냐» 에 따라 달라집니다. NASA 는 운동을 재는 기준을 하나 고른 것을 기준틀(frame of reference)이라고 부릅니다.
다른 물체에서 본 속도(상대 속도)는 두 속도의 차이입니다 — 공 A (옆 6 m/s, 위 10.4 m/s)에서 공 B (위 10.4 m/s)를 빼면 위아래는 0, 옆으로 6 m/s 만 남습니다.
그래서 두 공은 2.12 초 동안 줄곧 같은 높이에 있고, 땅에 닿을 때 A 는 B 보다 12.7 m 옆에 있습니다(6 m/s × 2.12 초). 둘 다 같은 중력에 끌리므로 서로에게서 보면 떨어지는 움직임이 사라집니다.
거꾸로 땅에서 본 속도는 «틀 안에서 잰 속도 + 틀의 속도» 입니다. NASA 는 비행기 안에서 잰 속도 v 가 땅에서는 v′ = v + v₀ 가 된다고 적고, 보기로 시속 약 1,000 km 로 나는 여객기를 듭니다.
📸 진짜 모습
불러오는 중…📸 사진파랗고 하얀 지구를 배경으로, 우주 왕복선 디스커버리호가 국제 우주 정거장에 다가가 도킹하려는 모습입니다.
출처: NASA/JSC · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗
💡 생활 속 예시
- 고속도로에서 같은 쪽으로 나란히 달리는 차는 창밖으로 거의 멈춰 보이지만, 반대 차로의 차는 두 차의 빠르기를 더한 만큼 휙 지나갑니다.
- 공항 무빙워크 위를 걸으면 걷는 빠르기에 무빙워크 빠르기가 더해져, 옆 바닥을 걷는 친구를 금세 앞지릅니다.
- 비 오는 날 달리는 버스 창문에 빗줄기가 비스듬히 그어지는 것은, 곧게 떨어지는 비를 앞으로 가는 버스에서 보기 때문입니다.
🙅 오해 깨기오해 모음 보기
누가 왜 찾았나
NASA 교육 자료는 «뉴턴의 식은 물체가 어떻게 움직이는지 알려 준다 — 그런데 무엇에 대해 움직이는가?» 라고 묻습니다. 그 답을 찾으려고 자료는 시속 약 1,000 km 로 나는 여객기 안에서 떨어뜨린 동전을 살피고, 안에서 잰 빠르기와 땅에서 잰 빠르기가 똑같이 1 초마다 g 만큼씩 는다는 것을 보입니다. 뉴턴의 법칙이 고르게 움직이는 어느 기준틀에서나 똑같이 맞는다는 이 생각이 상대 속도의 바탕입니다.
확인된 값
- 기준틀 — 운동을 재는 기준을 하나 고른 것 (NASA)
- frame of reference 출처
- 땅에서 본 속도 = 비행기 안에서 잰 속도 + 비행기의 속도 (NASA)
- v′ = v + v₀ m/s 출처
- 일정한 속도로 움직이는 틀(기차 · 비행기) 안에서도 역학 법칙은 똑같다
- same laws 출처
- NASA 가 보기로 든 여객기 빠르기 (600 mi/h ≈ 1,000 km/h)
- 268 m/s 출처
- 상대 운동 — 서로 지나치는 기차와 차 (잉글랜드 KS3 과정)
- relative motion 출처
- NASA 의 물음 — 뉴턴의 식은 물체가 어떻게 움직이는지 알려 주지만, «무엇에 대해?»
- with regard to what? 출처
교육과정에서는
- 잉글랜드 · KS3 Physics: Describing motion
- 일본 · 高等学校 物理基礎 (1) 物体の運動とエネルギー
출처
이어서 보기
같은 단원 · 운동의 기술
- 개념가속도
- 개념자유 낙하 (낙하 법칙)
- 개념운동 그래프 (위치–시간 · 속도–시간 그래프)
- 개념위치와 변위
- 개념던진 물체의 운동 (포물선 운동)
- 개념속력과 속도
- 개념등속 직선 운동
- 개념고르게 빨라지는 운동 (등가속도 직선 운동)
- 왜? 질문달리는 기차 안에서 위로 던진 공은 왜 제자리로 떨어질까?
- 왜? 질문공을 가장 멀리 던지려면 왜 45° 쯤으로 던질까?
- 왜? 질문위로 던진 공은 가장 높은 곳에서 멈춰 있을까?
- 왜? 질문떨어뜨린 공과 옆으로 던진 공은 왜 동시에 땅에 닿을까?
- 왜? 질문시속 100 km 로 달리는 차는 1 초 동안 얼마나 갈까?
- 왜? 질문구간 단속 카메라는 어떻게 과속을 알아낼까?
- 왜? 질문100 m 달리기 선수는 언제 가장 빠르게 달릴까?
- 왜? 질문무거운 공과 가벼운 공, 무엇이 먼저 떨어질까?
- 왜? 질문떨어지는 물체는 왜 점점 빨라질까?
- 왜? 질문갈릴레이는 왜 공을 떨어뜨리지 않고 빗면에 굴렸을까?
- 왜? 질문나란히 달리는 옆 기차는 왜 멈춰 있는 것처럼 보일까?
- 왜? 질문높은 구름에서 떨어지는 빗방울은 왜 아프지 않을까?
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