안녕하세요 ^^ 우연히 이 사이트를 방문하게 되었는데요.
기조력에 관한 선생님의 답변을 보고.. 감동하고 있었어요!
선생님께서. 댓글 다신 내용에 관한 질문인데요.
기조력 설명중.. 지구 어디서나, 원심력이 같다는 말을 많이 들어 왔는데요. 이게 사실 이해가 잘 안가서요.
선생님 댓글 내용을 보면
달과 지구 사이의 궤도 운동 때문에 지구의 관측자가 느끼는 원심력의 크기는 지구의 모든 지점에서 같습니다. 이 원심력의 크기는 지구의 중심이 달-지구계의 공통 질량 중심 둘레로 운동하게 만드는 구심가속도와 같고, 이 때 구심가속도의 역할을 하는 것은 지구중심과 달 사이의 인력이므로 그 크기 또한 같습니다. 따라서, (지구의 각 지점에 작용하는 달의 인력 - 지구 중심에 작용하는 달의 인력)은 (지구의 각 지점에 작용하는 달의 인력 - 지구와 달의 궤도 운동에 의한 원심력)과 같습니다.
원심력에 대한 설명과 더불어. 위의 선생님 댓글 내용을 수식으로 설명 부탁 드립니다 ^^
모바일로 이 글 보기:
기조력 서술에서 나오는 원심력은 지구의 자전에 의한 원심력이 아니라 지구-달 계의 운동에 의한 원심력입니다. 다음 동영상은 지구-달 계의 공통질량중심 둘레의 운동을 나타냅니다. 이 운동의 결과로 지구의 각 지점이 그리는 원을 보시면 원심력이 왜 지구 전체에 대해 동일한지 아실 수 있을 겁니다. Paolo Sirtoli의 Tides and Centrifugal Force를 참고하여 만들었습니다.
[ ccm_earth_moon.swf ] -- #파일누락
아주 좋은 자료 감사합니다. 이 자료를 PPT로 제작해보았습니다. 필요하신 분들 많이 사용하세요.
이거 만드시느라 고생하셨겠네요.. 선생님께서 개인적으로 연락주셨으면 제가 만든 것을 보내드릴 수 있는데요. 그래도 직접 제작해보면 그만큼 노하우도 쌓일테고 어떤 식으로든 도움이 될 것 같습니다. 소중한 자료 공개해주셔서 감사합니다 ^^
답변 감사합니다 ^^
기조력에 대한 설명을 해양학과 천문학에서 다르게 다루고 있는 것의 포인트는 해양학은 지구 내의 바다에 대해서 다루고 있는 학문이기에 비관성 좌표계 내의 관측자의 입장에서 설명하는 것이고 천문학은 지구 밖에서 바라보고 설명하는 것이기에 관성좌표계에서 상황을 설명하는 것이지 않을까 싶습니다.
그러니까 요점은 차등중력을 가지고 설명하는 것과 원심력을 가지고 설명하는 것이 경중을 가릴 수는 없는 것 같다는 것입니다. 관성력을 가지고 비관성 좌표계 내의 운동을 설명하는 것 역시 역학에서는 가치있는 일이라고 생각하기 때문입니다.
가장 좋은 방법은 차등중력을 통해서도 설명할 수 있고 원심력을 통해서도 설명할 수 있다는 것을 교사들이 아는 일이라고 생각합니다. ^ ^ 원심력으로 설명하기 때문에 생기는 대안개념은 마찬가지로 가속 직선 운동을 할 때 비관성계내에서의 힘의 관계로 설명하면 해결이 가능할 것 같습니다. (직선운동이 회전운동의 한가지 종류이기 때문에 원심력을 통해 설명할 수 있기도 하지만 가속운동을 하는 비관성좌표계에서는 회전운동을 하든 직선운동을 하든 관성력이 생기기 때문에 어렵지 않게 설명이 가능합니다.)
제가 조심스럽게 이런 글을 올리는 이유는 많은 지구과학 교사들이 선생님의 글과 강의자료를 수업자료로 이용하고 있어서 혹시 원심력으로 설명하는 해양학의 방식이 차등중력으로 설명하는 방식에 비해 덜 논리적(?)이라고 생각하실까 노파심이 생겨서입니다. (저 역시 선생님의 자료와 이 곳에서 얻은 지식을 수업자료로 사용하고 있는 지구과학교사입니다.)
한 가지 현상을 설명하는 데 여러 가지 방법이 사용될 수 있겠습니다. 제 글은 그런 방법 중 어느 한편의 논리적 우월성을 다룬 것이 아닙니다. 두 방법 중 어떠한 것이 조석 현상을 설명하는 데 더 직접적이고 단순한가, 그리고 결과적으로 어떠한 방법이 학생들에게 더 편하게 이해될 수 있는가를 강조하고 싶은 것입니다. 관성계적 서술인가 비관성계적 서술인가는 제 글에서 중요한 논지가 아닙니다. 차등인력이 관성계에서만 이해될 수 있는 것도 아닐테구요. 대안개념을 해소하기 위해 제시해주신 방안을 학생들에게 적용하기 위해서는 학생들에게 쉽지않은 물리강좌를 제공해야 한다는 점도 부담스럽습니다.
선생님께서 말씀하셨듯이, 교사의 입장에서는 이처럼 여러 가지 다양한 상황을 통해 설명할 수 있다는 것을 아는 것이 중요하다고 생각합니다. 그와 동시에, 학생들에게 그 모든 원리를 설명하는 것은 소모적이라고 생각합니다. 어떤 하나의 방법이 선택되어야 하고, 그것은 과학적 이론이 선택되는 방식처럼, 본질에 충실하면서 더 단순한 것이기를 바라는 것입니다.
기조력에 대한 현재의 설명 방법은 거의 대부분 원심력에 기초하고 있습니다. 교육과정 또한 그렇구요. 제 글은 그러한 시류에 대한 반론입니다. 그러한 시류가 기조력의 이해를 더 어렵게 하고 있다고 생각하고 있습니다. 그리고 그것은 원심력을 이용하여 기조력을 이해하는 데까지 걸린 기나긴 세월의 제 경험에 근거하고 있습니다.
대부분의 선생님들은 원심력을 이용한 기조력의 원리에 더 익숙하실 것입니다. 선생님들께서 이러한 글을 통해 그러한 방법에 대한 문제제기를 받아보신다면 그것으로 이런 글들이 하나의 역할을 한다고 봅니다.
안녕하세요
오래전 게시물이라 글을 보실지 모르겠지만
궁금한 점이 있어서 글을 올립니다
그렇다면 결국
공통질량중심이
말하자면 지구안에서 마치 회전하는 것처럼 보이는데요
그러니까
공통질량중심은 어떤 한 점으로써 고정되어 있는 것이 아니라
달과 지구질량의 중심을 잡아주는 위치인 약 1600km정도만 유지한 채로
계속 빙빙돌게 되는 것인가요?
투영법에서 흑점의 이동방향 문제
예비지구과학선생님이시군요.
그러면 좀 편하게 답변하겠습니다 ^^
공부해보시면 아시겠지만, 기조력에 대한 서술은 원심력을 이용한 서술과 차등인력을 이용한 서술의 두 가지로 나뉩니다. 원심력을 이용한 서술은 전통적으로 해양학이 이용해온 방법이고, 차등인력을 이용한 서술은 물리학과 천문학이 이용해온 방법입니다. 전가의 보도와 같은 "천문학 및 천체물리학 서론"을 보시면 차등인력이 무엇이며, 기조력이 차등인력에 의해 어떻게 발생하는지를 수식으로 전개한 부분을 보실 수 있습니다. 천문학 및 천체물리학 서론 4판 원서의 45-47쪽에 나와 있군요.
원심력을 이용한 서술은 대부분의 해양학 교재에서 보실 수 있습니다.
수학적인 전개도 잘 나와 있습니다.
제가 말씀드린 내용은 예비선생님들께서 흔히 보시는 교재에 모두 서술되어 있으니, 그것을 참고하시기 바랍니다.
해양학 교재의 서술이 틀린 것은 아닙니다. 다만, 기조력이 차등인력에 의한 현상이고, 차등인력만으로 '직설적이고 단순하게' 설명이 가능함에도 불구하고 원심력으로 치환하여 에둘러 설명하고 있는 점에서 불편함을 느낍니다. 이것은 조석현상이 차등인력에 의한 현상이라는 본질에 다가서기 어렵게 합니다. 또한, 직선운동이 회전운동의 한 형태이므로 원심력이 회전 운동에서만 나타나는 가상력은 아니기는 하지만, 대부분의 학생들은 원심력을 회전운동과 연관시킴으로써 기조력이 회전운동을 하는 경우에만 생긴다는 대안개념을 갖기도 합니다.