Ch.3 Ch.3 과학혁명과학혁명

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3-2 최초의 과학자

갈릴레오 갈릴레이 (Galileo Galilei, 1564-1642)

• 이탈리아 피사 출생

• 1589: 의대 중퇴, 피사대 수학강사

• 1592-1610: 파도바대 교수 (베네치아)

• 1610: 메디치 가의 전속 교수 (피렌체)

• 진자의 운동 법칙, 자유낙하, 포물선 운동설명.

• 1609: 망원경 개량, 천체 관측 : 달표면, 목성 위성, 태양 흑점, 금성 위상변화, 은하수.

• 지동설로 교황청과 갈등. 종교재판 받음.

• 반체제, 반권위주의, 명강의, 문화생활

• 최초의 과학자 (엄밀한 실험에 근거)

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• 이탈리아 피사 출생

• 1589: 의대 중퇴, 피사대 수학강사

• 1592-1610: 파도바대 교수 (베네치아)

• 1610: 메디치 가의 전속 교수 (피렌체)

• 진자의 운동 법칙, 자유낙하, 포물선 운동설명.

• 1609: 망원경 개량, 천체 관측 : 달표면, 목성 위성, 태양 흑점, 금성 위상변화, 은하수.

• 지동설로 교황청과 갈등. 종교재판 받음.

• 반체제, 반권위주의, 명강의, 문화생활

• 최초의 과학자 (엄밀한 실험에 근거)

“실험이란 이상화된 세계의 불완전한 재현이다.”

Pisa, Tuscany, Italia

Pisa

Rome

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Rome

천체관측용 망원경 (갈릴레이 당시)

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천체관측용 망원경

Newtonian

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Cassegrian

Gregorian

Hubble Space Telescope

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목성과 금성

n 목성의 둘레를 도는 위성(달): Io, Europa, Ganymede, Callisto

n 토성의 ‘귀’ 발견 (띠)

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목성의 네 위성을 관찰한 내용을 기록한 갈릴레이의 노트

금성의 상변이

지동설의 증거?

교황청과의 갈등과 저술

n 1600:브루노, 헤르메스 주의 교황청의 이단 재판

n 1615: 로마 2차 방문. 위원회 조사 à 코페르니쿠스 신봉, 강의 불허.

n 1616: 크리스티나 대공부인에게 보내는 편지에서 태양중심론 확신.성경에 쓰여진 대로 해석하면 안 됨을 주장. 아리스토텔레스 주의자들의 고발로 견책. 코페르니쿠스 서적 금서화. 가설로서 연구는 가능.

n 1632: 2년의 검열 끝에 피렌체에서 ‘두 주요 우주체계에 관한 대화’출간 (이탈리아어): 교황의 진노를 삼. 이듬해 재판에서 유죄 인정 à가택연금형 (1992년 복권)

n 1638: ‘새로운 두 과학에 대한 논의와 수학적 논증’ 네덜란드 라이덴대학으로 빼돌려 출판 (Elsevier). 운동학(Kinematics) 집대성.

n 1642 가택연금 상태에서 병사. 이탈리아 과학의 정체 à 불, 영 발전

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n 1600:브루노, 헤르메스 주의 교황청의 이단 재판

n 1615: 로마 2차 방문. 위원회 조사 à 코페르니쿠스 신봉, 강의 불허.

n 1616: 크리스티나 대공부인에게 보내는 편지에서 태양중심론 확신.성경에 쓰여진 대로 해석하면 안 됨을 주장. 아리스토텔레스 주의자들의 고발로 견책. 코페르니쿠스 서적 금서화. 가설로서 연구는 가능.

n 1632: 2년의 검열 끝에 피렌체에서 ‘두 주요 우주체계에 관한 대화’출간 (이탈리아어): 교황의 진노를 삼. 이듬해 재판에서 유죄 인정 à가택연금형 (1992년 복권)

n 1638: ‘새로운 두 과학에 대한 논의와 수학적 논증’ 네덜란드 라이덴대학으로 빼돌려 출판 (Elsevier). 운동학(Kinematics) 집대성.

n 1642 가택연금 상태에서 병사. 이탈리아 과학의 정체 à 불, 영 발전

갈릴레이의 상대성

n 운동의 상대성 : 물체가 계와 같이 운동하면 그 물체는 자신의 운동을 느낄수 없다. – 갈릴레이 상대성 (Galileian Relativity)

n 정지와 등속운동은 구분할 수 없다.

n 운동의 변화만이 원인을 요구 (가속은‘힘’을 필요로 함.)

n 포물선운동은 자연스런 운동(낙하)과부자연스러운 운동(수평운동)의 복합으로 해석.

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n 운동의 상대성 : 물체가 계와 같이 운동하면 그 물체는 자신의 운동을 느낄수 없다. – 갈릴레이 상대성 (Galileian Relativity)

n 정지와 등속운동은 구분할 수 없다.

n 운동의 변화만이 원인을 요구 (가속은‘힘’을 필요로 함.)

n 포물선운동은 자연스런 운동(낙하)과부자연스러운 운동(수평운동)의 복합으로 해석.

갈릴레이의 상대성

• 등속 직선 운동하는 기차에 있는 자신을 생각하자. 진동이전혀 없고, 창 밖을 보고 있지 않다면 기차가 움직이고 있는지 서 있는지 모를 것이다.

• 다시 말하면,

“The laws of physics are the samefor all observers moving at steadyspeeds with respect to each other.”

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“The laws of physics are the samefor all observers moving at steadyspeeds with respect to each other.”

운동은 상대적 à 누가 실제로 정지해 있는지 모른다.

갈릴레이의 낙하운동 실험

n 다른 매질 속 운동의 차이에서 진공 속의 모습 유추.

n s ~ t2 유도 (수평거리 ~ t) à 포물선운동

n 경사면 실험을 통해 중력가속도 측정.

n 여전히 중력은 물체의 성질 (자연스런운동)

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n 다른 매질 속 운동의 차이에서 진공 속의 모습 유추.

n s ~ t2 유도 (수평거리 ~ t) à 포물선운동

n 경사면 실험을 통해 중력가속도 측정.

n 여전히 중력은 물체의 성질 (자연스런운동)

갈릴레이의 물리 - 자유낙하

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실험을 쉽게 하기 위해 빗면 이용

정말 무거운 물체와 가벼운 물체가 똑 같이 떨어지나?

현대적인 자유낙하 실험. 진공 속에서 깃털과 사과가 동시에 떨어진다. (Corbis Images)

자유낙하

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빗면 실험

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갈릴레이의 물리 – 속도의 개념

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평균속도

순간속도

갈릴레이의 물리 - 가속도

등속운동t

v

v

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등가속운동

t

가속도

갈릴레이의 물리 – 포물체 운동

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포물체 운동

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깡통 맞추기 실험

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수평 방향으로 던진 물체의 운동

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실험

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갈릴레이의 흔들이(진자)

n 흔들이의 주기는 길이의 제곱근에 비례

n 흔들이의 주기성을 이용한 시계 설계.(실용화 – Huygens)

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n 흔들이의 주기는 길이의 제곱근에 비례

n 흔들이의 주기성을 이용한 시계 설계.(실용화 – Huygens)

흔들이 운동

주기는 길이의 제곱근에 비례

주의! 각이 작을 경우에만…

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각이 크면?

q0 : 각 진폭 (최대 각)

흔들이의 운동

두 흔들이, 길이의 비 = 4:1 à 주기의 비 ?

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갈릴레이의 공헌

n 지상계도 천상계와 마찬가지이며 수학에 근거한 역학으로 기술할 수 있다. (운동학(kinematics) - 근대물리학의 시작)

n 상대성을 정식화하고 관성의 기초 세움.

n 낙하하는 물체의 등가속도 운동 정리.

n 망원경 개량과 천체 관측.

n 한계:

* 케플러의 연구무시

* 원운동 관성 (à Gassendi, Descartes가 선운동 관성으로 수정)

* 낙하를 제자리를 찾으려는 물체의 성질로 파악 (운동의 원인, 즉 ‘힘’과 관련짓지 못함. à Newton)

* 경사면 실험은 오차를 명시하지 않음.

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n 지상계도 천상계와 마찬가지이며 수학에 근거한 역학으로 기술할 수 있다. (운동학(kinematics) - 근대물리학의 시작)

n 상대성을 정식화하고 관성의 기초 세움.

n 낙하하는 물체의 등가속도 운동 정리.

n 망원경 개량과 천체 관측.

n 한계:

* 케플러의 연구무시

* 원운동 관성 (à Gassendi, Descartes가 선운동 관성으로 수정)

* 낙하를 제자리를 찾으려는 물체의 성질로 파악 (운동의 원인, 즉 ‘힘’과 관련짓지 못함. à Newton)

* 경사면 실험은 오차를 명시하지 않음.

갈릴레이를 마치면서…n 과학의 발전은 정치체제와 관련이 있는가?

- 기독교와 과학의 대립: 지동설과 진화론 (2건)

n 이후 교황청의 입장 변화: 사후 100년 후 이탈리아어 책 판금 해제. 1822년 코페르니쿠스 이론 교육 허용. 1992년 갈릴레이 공식 복권.

(종교와 과학의 갈등 à Hellman 원저, “과학사 속의 대논쟁 10”, 영화: ‘천사와 악마’의 ‘Illuminati’)

n 포물선 궤적의 발견이 포술에 영향을 주었나?

- 오히려 기술이 과학에 더 큰 영향을 미침.

갈릴레이의 묘비명:Eppur si muove. (그래도 이것은 움직인다.)

n 지구가 돈다는 증거가 있나?

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n 과학의 발전은 정치체제와 관련이 있는가?

- 기독교와 과학의 대립: 지동설과 진화론 (2건)

n 이후 교황청의 입장 변화: 사후 100년 후 이탈리아어 책 판금 해제. 1822년 코페르니쿠스 이론 교육 허용. 1992년 갈릴레이 공식 복권.

(종교와 과학의 갈등 à Hellman 원저, “과학사 속의 대논쟁 10”, 영화: ‘천사와 악마’의 ‘Illuminati’)

n 포물선 궤적의 발견이 포술에 영향을 주었나?

- 오히려 기술이 과학에 더 큰 영향을 미침.

갈릴레이의 묘비명:Eppur si muove. (그래도 이것은 움직인다.)

n 지구가 돈다는 증거가 있나?

그러면, 지구가 움직인다는 증거가 있는가?

푸코 진자 (Foucault pendulum, Paris, 1851) à 지구의 자전 증명

‘세상에서 가장 아름다운

실험 열 가지’에서 “숭고

한 실험”

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지구의 공전은 1838년에야 베셀(Friedrich Bessel)이 항성의 연주시차를 측정함으로써 비로소 증명되었다.

‘세상에서 가장 아름다운

실험 열 가지’에서 “숭고

한 실험”