안녕하세요!!
물리학과 재학중인 대학생 POIU라고 합니다.
이번에 물리분야 강좌를 맡게 되었는데요.
아직 지식이 일천한 대학생인지라 부족한 면이 많아서....
혹시 실수하지 않을지 글 쓸 때마다 노심초사하고 있습니다. 하하;;;
지나가다 이건 믿음이 안 간다! 하는 부분은 바로 태클 들어가주세요~
자 그럼 이번 시간에는
고전역학이 무엇인가 하는 이야기부터 시작해서
이 강좌를 어떤 사람들을 위해 준비했는지
자세히 어떤 내용을 다룰 것인지
설명 드리는 시간을 갖도록 하겠습니다.
- 고전역학이란?
말머리에 [CM]이라고 붙여놨죠? Classical Mechanics의 줄임말입니다.
말 그대로 고전적인 역학이다 이거죠.
Classic ????? 고전?????
이런 단어를 들으면 어떤 것이 떠오르세요?
졸린 클래식 음악? 따분하고 두껍지만 꼭 읽어야 하는 책?
안타깝지만... 이런 이미지랑 좀 상통하긴 하네요.
물리학 중에서도 사실 좀 고리타분한 분야기는 해요.
그래도 어쩌겠습니까. 눈물을 머금고 꾸역꾸역 배워나가 보도록 합시다.
참는 자에게 복이 있나니….
그래서 고전역학이란 무엇이냐?
고전역학이라고 하면 (뉴턴 역학 Newtonian mechanics 이라고도 합니다.)
17C 뉴턴부터 슬슬 체계가 잡히기 시작해서
20C가 시작할 때쯤 마무리가 된
아~주 오래된 물리학 분야죠.
고전역학을 공부하다 보면 정말 자주 보는 단어들이 많은데요.
그 키워드는 위치, 속도, 운동량, 힘, 에너지 ….
많이 봤던 단어들이죠?
무슨 물리를 하든 보게 될 단어들이거든요.
하도 오래된 분야다 보니
고전 역학을 토대로 하지 않은 물리분야는 없다고 봐도 돼요.
열역학도 뉴턴 역학을 토대로 쌓아 올린 이론이고
양자역학도 그렇구요.
양자역학도? 의외죠?
겉보기에는 20C 들어서 양자역학 같은 새로운 이론이 등장하면서
오래된 뉴턴 역학을 까부순 것 같지만
사실은 양자역학도 고전역학에서 쓰는 개념들을 빌려온 경우가 많아요.
뒤에 배울 해밀토니언 Hamiltonian 이라든지 각운동량 angular momentum 이라든지….
사실은 개념을 빌려온 정도가 아니고
거의 항상 양자역학적인 상황과 고전역학적인 상황을 비교하죠.
양자역학을 다룰 기회가 있으면 그때 자세하게 설명할게요.
이야기를 듣고 보니까 안 배우면 큰일 나겠죠잉?
고전역학을 토대로 거의 모든 물리 분야가 파생되어 나왔을 뿐 아니라
기계공학, 건축공학 등 다른 분야의 기본이라 할 수 있는
정역학, 동역학, 열역학, 유체역학 등을 이해하는 기반이 됩니다.
이제 슬슬 공부하고 싶은 마음이 드셨나요?
- 마음의 준비
아무런 수학적 도구 없이 어떤 과학 이론에 대해서
깊이 있는 설명을 하기 힘들다는 점은
누구든 공감하실 거라고 생각합니다.
그럼 수학을 어디까지 알아야 하느냐?
많은 건 안 바라는데…
고등학교 수준의 수학 수준은 갖추고 있다고 생각하고 강좌를 진행하려고 합니다.
미분, 적분, 벡터, 자연수 e, 삼각함수…. 적어도 뭐 이 정도는 아셔야
물리가 수학 이야기 속에 묻히지 않을 것 같네요.
고등학교 수준을 넘어서는 것 같은 부분은
제가 따로 설명하는 시간을 갖도록 할 테니까
수학에 대한 걱정은 안 하셔도 될 겝니다.
아참 그리고 용어는 최대한 한글화하는 방향으로 하겠습니다.
한국물리학회에서 만든 '물리학 용어집'을 최대한 따를 생각인데...
이게 아직은 약간 어색해서 저도 모르게 예전에 쓰던 용어를 쓸지도 모른다는 것이 함정.
중요한 용어는 옆에 영어로도 표기해놓을 생각입니다.
예를 들어 속도 velocity 이런 식으로요
영어로도 말하는 것 보면 중요한 건가보다.... 이렇게 알아서 생각해주시면 되겠습니다.
- 차례
0장. 준비운동 Introduction
물리 전체에 대한 이야기와 함께
정말 중요한 수학적인 부분을 다룰 생각입니다.
1장. 뉴턴 역학 Newtonian Mechanics
고등학교 때 배우는 뉴턴 역학 부분!
좀 더 세련된 언어로 배워봅시다.
2장. 해석 역학 Analytic Mechanics
역학의 센세이션! 이젠 문제 풀 때 유치하게 그림 그릴 필요 없습니다!
순수한 수식으로만 문제를 풀 수 있는
그리고 더 복잡한 문제를 풀 수 있는 수학적 도구를 공부합니다.
수학적으로 좀 어려울 수 있습니다.
3장. 2입자 운동 2-body Problems
두 개의 입자가 서로 영향을 주는 상황에 대한 문제를 풉니다.
케플러의 행성 운동 분석하고 연관되어 있습니다.
4장. 다입자 운동 Many-body Problems
세상의 모든 물체가 입자가 모인 덩어리라 생각하고 문제를 풉니다.
현실 세계와 제일 가까운 단원
5장. 진동과 파동 Oscillations and Waves
자연 현상을 분석할 때 진동하는 모델을 많이들 세우죠.
파동이란 이런 진동이 전파되어 나가는 것이구요.
상당히 중요한 단원 중에 하나입니다.
6장. 비관성계 Non-inertial Reference Frame
우리가 세상을 보는 틀 자체가 움직인다고 생각하시면 됩니다.
관성력, 코리올리 힘 등과 연관된 단원.
7장. 특수 상대성 이론 Special Theory of Relativity
말로만 듣던 그 아인슈타인의 상대성 이론.
이번에 한번 제대로 배워봅시다.
(5, 6, 7장은 순서가 바뀔 수도 있습니다.)
- 들어가기 전에
http://oops.org/?t=lecture&s=beginner
여기 링크에 나온 글을 잘 읽어 주시면 좋겠습니다.
컴퓨터 언어에 대한 글이긴 하지만
모든 공부에 해당할 수 있는 말들이 많거든요.
특히 질문은 어떻게 하고 공부는 어떻게 하느냐 하는 부분은
모든 학생들에게 해당하는 말이라고 생각이 드네요.
짧은 글은 아니지만 잘 읽어주세요.
자, 그럼 다음 글부터 본격적으로 시작해 보겠습니다.
기대해주세요!
- 참고 자료
Classical Dynamics of Particles and Systems - by Thornton & Marion
대학교 물리학과 전공교재로 많이 쓰이는 책입니다. 저도 이걸로 배웠어요.
Classical Mechanics - by Goldstein, Poole & Safko
대학원 수준의 교재입니다. 일단 이번 학기 교재라 참고는 하려고 하는데
꽤 어려운 편이라 이 책 내용을 쓸 일은 별로 없을 것 같네요.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
여기는 물리에 대한 개념도가
마인드맵처럼 쫙 펼쳐져 있어서
한 눈에 알아보기 좋습니다.
내용설명도 굉장히 쉬운 말로 써져있어요! 추천!
아참, 대신 영어입니다. 크크크