우주에서 반바퀴 돌기.

시작부터 뜬금없긴 하지만..

여러분들은 우주 공간에서 가속하려면 어떻게 해야한다고 생각하십니까?

방구를 낀다. 물건을 던진다. 등등... 뭔가 내 몸에 붙어있던 무언가를 버림으로써 가속이 가능하겠지요?

이것은 다 운동량 보존으로 설명할 수 있을 겁니다. 사실 위의 방법을 제외하곤 가속하는 방법은 없겠지요? (있다면...저에게 돌을 던지십시오! 태양풍으로 간다 이런거 말고...자유공간에서..)

그렇다면.. 반바퀴 도는 것은 어떻게 할까요? 내 몸의 주축을 기준으로 거리 R만큼 팔을 벌려 물건을 던지는 것도 좋은 방법이 되겠지요?

그렇다면 내 몸에서 하나도 제거하지 않고 자유공간에서 반바퀴 도는 것이 가능한가?

물리학은 고양이랑 좀 친합니다.

양자역학도 고양이를 살리느냐 죽이느냐에서 시작되었죠.(이거가지고 콜로세움 열지마시구요..)

왜 뜬금없이 고양이 얘기냐 하면... 고양이를 높은 곳에서 눕힌채로 떨어뜨려보면 어떤일이 일어나는 가요?

똑바로 착지 하죠? 놀랍게 받아들이는 사람이 있는가 하면... 제가 처음 봤을 때처럼 그래서 뭐? 라고 하는 사람이 있을 겁니다.

수영선수들 다이빙할 때 수영선수들도 돌잖아? 그게 뭐가 대수야?

이렇게 물으신다면....흑흑..어려운 말을 해야합니다..

일단 수영선수의 다이빙은 처음 동작에서 점프를 하며 초기 각운동량을 줍니다. 그 각운동량을 보존하면서 몸을 돌리는 것이지요.

그러나.... 고양이는 그렇지가 않습니다. 고양이의 낙하는 애초에 각운동량이 주어질수가 없습니다.

그렇다면 고양이가 낙하하면서 도는 것은 각운동량 보존 법칙에 위배가 됨을 의미하죠...

고양이는 정말 신의 은총을 받은 걸까?

이제부터 고양이의 낙하와 각운동량 법칙이 어떻게 정합적으로 맞아 떨어지느냐를 살펴 보겠습니다.

고양이가 반바퀴 도는 것을 두가지의 독립적 운동으로 분석하여 각각의 각운동량을 생각한 그림입니다.

보다시피 맨 위의 고양이는 현실적으로 불가능한 운동을 하고 있죠? 저거 실제로 하면 척추가 꼬일겁니다..

그러나 바로 아래의 회전운동과 합쳐지면서 고양이의 몸으로 가능한 운동상태를 만들죠. 그렇게 해서 총 각운동량을 0으로 만듭니다.

결국 고양이는 반바퀴 돌았지만 총 각운동량은 0이 되므로 성공적으로 자유공간에서도 돌 수 있게 되는 것이죠.

한번더 강조하자면 이것은 중력장하에서만 일어날 수 있는 일이 아닙니다. 정말 아무런 힘도 작용하지 않는 자유공간에서

혼자만의 힘으로 반바퀴 돌 수 있는 것이죠. 반바퀴 돌았다는 말은 계속 계속 에너지를 소모하며 돌수 있다는 얘기겠죠? 힘들겠지만.....

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