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[박종진의 과학 이야기] 뉴턴의 운동 법칙

1687년 영국의 아이작 뉴턴이 《프린키피아》라는 제명의 책을 출판했을 당시 우리나라는 장희빈과 인현왕후가 역사의 무대에서 활동하던 조선조 숙종 때였다. 뉴턴은 이 책에서 만유인력과 운동 법칙을 수식을 이용해 설명했다. 그는 물체의 움직임에 다음과 같이 세 가지의 기본 법칙이 있다고 했다.   제1 법칙 - 관성의 법칙 제2 법칙 - 가속도의 법칙 제3 법칙 - 작용반작용의 법칙   잠깐, 전문용어가 나온다고 겁먹지 마시라. 우리가 매일 보는 사물의 움직임에 그럴듯한 이름만 붙인 이 운동 법칙은 만유인력과 함께 21세기 현재까지 유효하며 우주 만물 운행의 과거를 돌아보고 미래를 예측할 수 있게 해 주었다.     첫 번째 관성의 법칙이란 일명 갈릴레이 법칙이라고도 한다. 모든 움직이는 물체는 같은 움직임을 유지하려는 경향이 있다는 것이다. 쉬운 예를 들어 달리던 버스가 갑자기 서게 되면 버스에 타고 있던 승객들은 앞으로 밀린다. 버스가 가는 방향으로 승객들도 같은 속도로 가고 있었는데 버스가 속력을 줄이자 버스에 고정되지 않던 승객들의 몸이 버스가 진행하는 방향으로 쏠리는 것이다. 이를 관성의 법칙이라고 한다.   이번에는 언덕길을 손수레를 끌고 힘들게 올라가고 있는 노인을 상상해 보자. 수레 뒤에서 걷던 철수가 노인을 도우려고 수레를 밀었더니 수레의 속도가 빨라졌다. 옆에서 걷던 영식이도 함께 밀자 수레는 더 빨리 언덕을 올라갔다.     반대의 경우, 운동장 바닥을 굴러가던 공은 점점 느려지며 결국 정지하게 된다. 물론 지면에서 생기는 마찰과 공기 저항이 공의 속도를 줄인 까닭인데 이처럼 기존 속도에 영향을 주어서 더 빠르거나 느려지는 것을 가속도라고 한다.     아버지와 어린 아들이 야구공 던지기 놀이를 하는 예를 들어보자. 아버지가 던진 야구공은 어린 아들이 던진 야구공보다 훨씬 멀리 날아간다. 아버지의 던지는 힘이 아들보다 세기 때문이다. 이처럼 더 강한 힘은 더 빠른 속도를 내는 것이 바로 가속도의 원리다.   세 번째는 작용반작용의 법칙이다. 벽을 바라보고 서 있던 철수가 두 손으로 벽을 밀자 자기가 벌렁 넘어졌다. 사람 쪽에서 보면 철수가 벽을 밀었지만, 벽의 관점에서 보면 벽도 똑같은 힘으로 철수를 민 것이다. 바닥을 딛고 높이 뛰는 것이나 제트 엔진을 장착한 비행기가 앞으로 나가는 것도 바로 작용반작용 때문이다.   그런데 거시세계에서는 한 치의 오차도 없이 잘 맞아떨어지던 뉴턴의 고전물리학은 원자 규모의 미시세계에서는 통하지 않았다. 이때 등장한 것이 양자역학이다.   우리는 아직도 물체의 움직임에 운동 법칙과 양자역학 등 두 가지 법칙이 따로 적용되는 이유를 알지 못한다.     지금부터 3세기 전 멀리 영국에서는 뉴턴이란 천재가 등장해서 천체 간의 인력을 발견하고 이상에서 설명한 운동 법칙을 수식으로 정리했다. 《프린키피아》에서 다룬 만유인력과 운동 법칙 때문에 현재 첨단물리학을 이끄는 석학들은 아직도 아이작 뉴턴을 우리 인류에게 영향을 준 최고의 지성으로 꼽는다. 만년 2등이 알베르트 아인슈타인인데 뉴턴에서 아인슈타인에 이르는 물리학을 양자역학에 견주어서 고전역학이라고 부른다. (작가)   박종진박종진의 과학 이야기 운동 운동장 바닥 운동 법칙 야구공 던지기

2024-06-07

기존의 가정에 도전하고 의문 던지기…머스크가 던진 ‘첫 번째 원칙’ 생각법

최근 월스트리트저널의 ‘일론 머스크의 경영 철학 뒤에 있는 것: 첫 번째 원칙’이라는 제목의 기사를 읽었다. 이 기사는 복잡한 문제를 기본 요소로 분해하는 것을 기반으로 하는 문제 해결 접근법인 ‘첫 번째 원칙 사고’라는 일론 머스크의 경영 철학에 대한 통찰력을 제공한다. 물리학과 철학에 기반을 둔 사고 과정이며, 이전의 예, 관습, 또는 문제 해결에 대한 전통적인 접근법에 대한 의존을 피한다.   머스크의 첫 번째 원칙 사고는 그의 다양한 사업에 통합되었다. SpaceX에 대한 그의 접근법을 예로 들 수 있는데, 머스크는 로켓이 효율적으로 재사용될 수 없다는 통념을 무시하고 대신 로켓과 물질 경제학의 기본 원리를 기반으로 재사용 가능한 로켓의 개념을 중심으로 하여 성공적인 사업을 구축했다. Tesla에서 머스크는 높은 배터리 비용 때문에 전기차를 살 수 없다는 지배적인 생각에 도전했다. 첫 번째 원칙이라는 렌즈를 통해 머스크는 전기 자동차를 더 저렴하고, 따라서 더 쉽게 접근할 수 있는 전략을 고안할 수 있었다.     머스크는 수년간 많은 인터뷰와 기사들을 통해 그의 첫 번째 원칙을 이야기했다. 다음은 일론 머스크의 첫 번째 원칙 사고의 몇 가지 핵심 측면이다.   ▶가정에 의문 갖기   머스크는 기존의 가정에 도전하고 왜 일이 특정한 방식으로 진행되는지에 대해 의문을 갖기를 권장한다. 현상 유지를 받아들이는 대신, 문제나 산업의 근본적인 가정을 재평가해야 한다고 믿는다.   ▶근본적인 진실   첫 번째 원칙 사고는 더는 분해될 수 없는 근본적인 진실을 식별하는 것을 포함한다. 이러한 핵심 원칙들을 이해함으로써 머스크는 문제 해결을 위한 견고한 기반 구축을 목표로 한다.   ▶밑바닥에서부터 철저히 분석하기   유추나 기존의 해결책을 시작점으로 삼는 대신, 머스크는 문제들을 가장 기본적이고 근본적인 요소들로부터 분석하는 것으로 시작한다. 이를 통해 기존의 틀로부터 제한되는 것을 피하고 더 창의적이며 혁신적인 사고를 촉진하는 데 도움이 된다.   ▶점진적으로 해결하기   머스크는 복잡한 문제를 더 작고 관리하기 쉬운 구성 요소로 나눈다. 그런 다음 각각의 요소를 개별적으로 해결하고 궁극적으로 이를 결합하여 포괄적인 해결책을 만드는 데 중점을 둔다. 이러한 단계별 접근 방식을 통해 문제를 더 깊이 이해하고 혁신적인 해결책을 알아낼 수 있다.     ▶물리학 및 공학 원리 활용하기   엔지니어인 머스크는 종종 물리학 및 공학 원리에 의존하여 의사 결정을 유도한다. 그는 운송(Tesla 및 SpaceX)과 에너지(SolarCity 및 Tesla Powerwall)와 같이 다양한 영역의 문제를 분석하고 해결하기 위해 과학 및 수학적 원리를 적용한다.   첫 번째 원칙 사고를 적용함으로써 일론 머스크는 사회적인 통념에 도전하고 다양한 산업에서 상당한 발전을 이룰 수 있었다. 그러나 이것이 항상 쉬운 접근법은 아니다. 이 접근법은 다른 사람들이 이전에 했던 것을 단순히 따르는 것이 아니라 모든 가정에 의문을 가지고 밑바닥에서부터 철저히 근본적으로 추론하는 것을 필요로 한다. 이것이 돌파구와 혁신적인 해결책으로 이어질 수도 있는 반면, 화가 치솟고 잠재적으로 일을 지나치게 복잡하게 만들 수도 있다. 이것이 종종 가정을 잊고 맨땅에서부터 시작하는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 그가 만든 놀라운 결과를 감안할 때, 우리 자신의 사고방식을 개선하기 위해 더 연구해야 하는 사고방식이다.   ▶문의:(949)630-8729   www.lacareercoaching.com   제임스 박 대표 / LA 커리어 코칭던지기 머스크 일론 머스크 대신 머스크 핵심 원칙들

2023-07-09

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