다들 뉴턴은 알고 있지? 뉴턴은 아인슈타인과 함께 세계 2대 과학자로서 과학에 위대한 업적을 남긴 대단한 사람이야 우리가 뉴턴하면 꼭 기억해야 할 책이 있어 바로 뉴턴이 1687년 펴낸
 <<프린키피아>>야! 프린키피아는 '원리'라는 뜻이지! 정식 제목은 '자연 철학의 수학적 원리'
줄여서 프린키피아라고 하지.
뉴턴은 45세 되는 해에<<프린키피아>>를 발간했어. 그런데 사실 뉴턴이 마음만 먹었다면 훨씬 일찍세상에 내 놓을 수 있었어. 프린키피아에 실은 내용의 상당 부분을 이미 20대 초반에 훤히 꿰뚫고 있었거든. 그런데 왜 일찍 발표하지 않았냐고? 뉴턴은 자신의 발견을 사람들에게 알리는 걸 달가워하지 않았어. 발표했다가 논리에 어긋나는 주장을 펴는 사람들과 일일이 논쟁하고 싶지 않았거든. 뉴턴은 자신이 발견한 걸 홀로 즐기는 길을 택했지. 그런 뉴턴의 마음을 돌린 사람이 영국의 천문학자 애드먼드 핼리야.

애드먼드 핼리는 76년마다 지구를 찾아오늘 핼리혜성을 발견한 사람이지. 애드먼드 핼리의 적극적인 권유가 없었다면 <<프린키피아>>는 세상에 나오지 못했을지도 몰라. 1684년 애드먼드 핼리와 크리스토퍼 렌, 로버트 훅은 행성의 운동에 관해 열띤 토론을 벌였어.
토론 끝에 세 사람은 '태양 둘레를 공전하는 행성은 거리의 제곱에 반비례하는 힘을 받는다' 라는 결론을 내렸어. 거리의 제곱에 반비례하는 힘이란

거리가 2배 길어지면 1/4로 약해지고
거리가 3배 길어지면 1/9로 약해지고
거리가 4배 길어지면 1/16로 약해지고
거리가 5배 길어지면 1/25로 약해지는 힘이야.

핼리와 렌 훅은 그렇게 결론을 이끌어 내긴 했지만 그것을 증명하지는 못했어. 증명은 과학에서 가장 중요해. 증명으로 사실인지 아닌지가 판가름 나거든 그러니까 증명을 하지 못하면 별 의미가 없지.
그럼 증명은 어떻게 하냐고?
크게 두 가지가 있어. 하나는 실험과 관측, 다른 하나는 이론이야. 그런데 당시 여건에서는 실험과 관측으로 증명하는 건 거의 불가능 했어. 그렇다면 이론으로 증명해야 하는데 그때 이용하려 했지만 엄두가 나질 않았지. 바로 그 때 핼리는 뉴턴을 떠올랐어. 곧바로 뉴턴이 있는 곳 케임브리지 대학으로 달려갔지. 두 사람은 즐겁게 대화를 나눴어.

"거리에 제곱에 반비례하는 힘으로 행성이 태양 주위를 공전한다고 생각합니다."
라고 뉴턴에게 말했어 . 뉴턴은
"나도 그렇다고 봅니다."라고 말했어
"그럼 행성은 어떤 궤도를 그리면서 운동할까요?"
"타원입니다."
"어떻게 그렇게 빨리 자신있게 대답하십니까?"
"예전에 계산을 해 놓았거든요."
"정말 아세요? 그걸 보여 주실수 있나요?"
"물론이죠."
그런데 뉴턴은 계산한 종이를 못 찾아 자기가 다시 계산했어.
어느 덧 8개월이 흘렀어. 그러나 뉴턴은 그 문제를 해결하지 못한것이 아니었어.
뉴턴은 일찍이 문제를 풀었지. 다만 흡족하지 않았을 뿐이야.
문제를 더 산뜻하게 풀어내는 방법을 찾고 있었던 거지.
뉴턴은 이미 푼 문제에 계속해서 매달렸어. 거기에서 탄생한 원고가 {회전하는 물체의 운동에 관하여}라는 제목의 9쪽 짜리 논문이야.

저의 생각은 핼리가 뉴턴에게 도와달라고 하지 않았더라면 뉴턴이 {회전하는 물체의 운동에 관하여}라는 책을 못 썼을 수도 있었을 것 같습니다.  핼리는 그 노력이 신기하였고, 저도 그 열정을 본받아야 겠다고 생각했습니다.

이것이 <<프린키피아>>의 바탕이 되었지. 뉴턴은 런던에 있는 헬리에게 보냈어. 다시 뉴턴을 찾아온 헬리는 이 논문을 왕립 학회 1660년 영국에 설립된 자연 과학 학회에 제출하고 출판할 것을 권유했어. 뉴턴은 흔쾌히 수락했지.

이렇게 해서 세상을 뒤바꿔 버린 책 <<프린키피아>>가 세상에 나오게 되었지.
 <<프린키피아>>는 3권으로 구성되어 있어.
1권은 물체의 운동에 대해서 다루고 있지. 우선 운동과 관련있는 용어들에 대해 정의를 설명하고 있어. 먼저 물질의 양을 정의 해보면 

물질의 양 = 밀도 부피를 넘기면 나누기가 돼 교과서 에서는 이렇게 정의해
밀도 =  질량/부피

이 식에 따르면 질량은 물질의 양에 해당하지.
운동의 양에 머해선 '전체의 운동은 하나 하나의 운동을 합한 것' 이라고 말했어.
색종이를 예로 들어볼게
색종이를 가위로 잘라, 그런 다음 자른 색종이들을 한 조각 한 조각 모아서 맞추면 자르기 전의 전체 색종이가 되는 것과 마찬가지인 거지. 또 1권에서는 운동의 세 가지 법칙도 설명하고 있어.
정지해 있는 물체는 계속 정치하려 하고, 등속으로 움직이는 물체는 계속 등속으로 움직이고
싶어하는 법칙을 말해. 등속이란 처음이나 중간이나 마지막이나 속도가 달라지지 않는
운동이지. 운동은 힘에 따라 변하고 운동과 힘은 비례 한다고 해.

힘이 약하면 운동이 느리고, 힘이 세면 운동도 빨라지게 되지. 또 힘이 운동의 방향을 결정한다고 해. 힘을 오른쪽으로 주면 물체가 오른쪽으로 움직이고, 왼쪽을 주면 왼쪽으로 움직인다는 거지.
작용이 있으면 반드시 반작용이 있어. 크기는 같고 방향은 반대로 생기지. 발로 문을 차면 당연히 발이 아프겠지. 여기서 문을 찬 행동은 작용 발이 아픈 것은 반작용이 돼. 작용과 반작용은 크기가 같다고 했으니까 발로 문을 세게 차면 찰수록 발이 더 아픈거지.

 <<프린키피아>>2권에선 유체에서의 운동을 다루고 있어. 세상 여러 물질들은 세가지 상태중 하나에 속해 있어. 이 중 액체와 기체를 묶어서 '유체'라고 해. 뉴턴이 유체에 대해 다룬 이유는 데카르트의 소용돌이 이론을 반박하기 위해서 였어. 데카르트는 철학,수학,물리학 등에서 탁월한 업적을 남긴 사람이지. 우선 컵에 물을 붓고 젓가락으로 휘휘 저으면 물이 소용돌이 치고 물 위에 뛰어 놓은 스티로폼은 그 소용돌이에 따라 회전해. 행성이 회전하는 것도 이와 비슷하다는게 데카르트의 소용돌이 이론이야. 우주공간에는 눈에 보이지 않는 자그마한 입자들이 있는데 그것들이 끊임없이 소용돌이 치고 행성은 그들을 따라 회전한다는 거지. 지구가 태양의 둘레를 도는 것과 달이 지구 둘레를 도는 것도 이 소용돌이 이론으로 설명 할 수 있다는 거야.

그런데 뉴턴은 그렇게 생각하지 않았어. 데카르트의 소용돌이 이론에 허점이 있다고 보았거든.
대야에 물으 붓고 젓가락으로 가운데를 저으면 소용돌이가 생기지. 처음엔 스티로폼이 회전할 거야. 하지만 시간이 흐를 수록 자츰 소용돌이 안쪽으로 끌려들어 가다가 이내 소용돌이 중심에 이르게 되지. 데카르트 소용돌이 이론에 따르면 태양 주위를 도는 지구는 조금씩 가까워 지다가 결국 태양에 부딪히게 될거야. 지구를 도는 달도 마찬가지 일테고 그런데 지구와 달이 생긴 지 수십억년이 지났지만 그런 일은 일어나지 않았잖아. 그러니 이론이 합리적이지 못하다는 것이지.

뉴턴은 소용돌이 이론이 잘못됐음을 다양한 시각에서 냉철하게 분석했어. 그리고 소용돌이 이론으로는 행성이 일정한 궤도를 공전하는 이유를 설명하기 어렵다고 결론 내렸지.
마지막 3권에선 천체의 운동을 설명하고 있어. 여기서 가장 중요하게 이야기 하는 건 만유인력이야. 뉴턴은 만유인력 갖가지 자연현상을 설명하고 행성의 운동, 달과 위성의 운동 , 혜성의 운동
그리고 밀물과 썰물의 원리를 명쾌하게 풀어냈지. 만유인력이라는 원리 하나로 서로 어울리지 않을 것 같던 여러 자연 현상을 모두 꿰뚫은 셈이야. 이것이 뉴턴의 탁월함이고 <<프린키피아>>의 위대함인거야. 또 3권에는 자연과학을 올바르게 연구하는 규칙을 적어놨어. 규칙에 따르면 자연은 단순한 것을 좋아한다고 강조해. 자연 현상을 설명하는데 이것저것 갖다 붙일 필요가 없다는 거야.

올바른 이론이라면 그것하나로도 많은 자연 현상을 설명할 수 있는, 진정한 과학 이론이 된다는 거지. 그러면서 실험의 중요성을 강조하고 있어. 결과가 예상과 다르다고 포기해 버리면 안된다고 주장하지. 이렇듯 과학을 하는 사람이 어떤 마음 가짐과 자세로 자연의 비밀에 다가서야 하는지 알려주는 지침을 담고있어. <<프린키피아>>의 내용과 정신은 새로운 과학의 토대가 되었어. 또한 오늘날 눈부신 과학 문명의 기반이 되었단다.

저는 뉴턴에 대해 너무 많은 걸 알아버렸습니다. 뉴턴은 관찰력이 뛰어난 것 같습니다. 그 이유는 데카르트의 소용돌이 이론에 허점이 있다고 생각한 장면에 저도 깜짝 놀랐습니다. 또 하나는 분석입니다. 마찬가지로 데카르트 소용돌이 이론이 잘못됐음을 반박하기 위해서 다양한 시각에서 냉철하게 분석을 했기 때문입니다. 만약 뉴턴이 자기 자신의 내용에 증명을 하라 그러면 한 방에 증명을 할 수 있을 것 같습니다. 뉴턴에 대해 더 알아갈 것입니다.

뉴턴 그는 누구일까?

1642년 근대 과학의 문을 연 물리학자 갈릴레이가 세상을 떠났어. 우연인지 운명인지 같은 해인 1642년에 뉴턴이 태어났지. 그래서 훗날 사람들은 이렇게 말했어.

“걸출한 천재가 죽자, 하늘도 그를 안타까워해서 또 한명의 천재, 뉴턴을 내려 보내 준게 아닐까?”하고 말이야.

뉴턴의 어린 시절은 그리 순탄하지 않았어. 뉴턴의 아버지는 뉴턴이 태어나기 몇 달전에 돌아가셨고 뉴턴은 홀어머니와 외할머니 밑에서 자랐지. 하지만 그것도 오래가지 못했어. 뉴턴이 세 살 때 어머니가 나이 든 목사와 재혼했거든. 어머니는 양아버지 집에 들어가서 살았고, 뉴턴은 외가에 맡겨졌지. 어린 뉴턴은 어머니의 재혼으로 마음에 깊은 상처를 받았어. 게다가 뉴턴은 또래 친구들과 어울려 노는 걸 좋아하지 않았어. 혼자서 생각하는 걸 즐겼지.
“바람은 왜 부는걸까? 풍차는 어떻게 회전하는 걸까? 그림자는 왜 생길까?”
또래 친구들은 그런 뉴턴을 볼 때마다 놀리곤 했어.
“재 또 뭐래냐?”
“엉뚱한 생각만 하는 바보야.”
한 번은 이런 일도 있었어. 바람이 강하게 부는 날이었는데, 뉴턴은 바람의 방향과 세기가 운동에 어떤 영향을 미치는지 알아보고 싶었지. 처음엔 바람을 등지고 멀리뛰기를 했어. 다음은 바람에 맞으며 멀리뛰기를 했지. 그런데 바람을 맞으며 뛰니까 바람을 등지고 뛸 때보다 멀리 뛸 수가 없었어. 저는 이 장면을 보고 달리는 방향과 바람의 방향이 같으면 속력에 이득이 생긴다는 것을 알았습니다.

세월이 흘러 1661년에 뉴턴은 명문 케임브리지 대학에 합격했어. 뉴턴은 대학에 입학하자마자 장학생이 되었지. 잠깐! 성급한 판단이거든? 뉴턴은 학업 장학생이 아니라 근로 장학생이었어. 뉴턴은 대학 연구원과 부자 학생들의 심부름을 해주고 장학금을 받았지. 뉴턴의 집안이 가난해서 그랬던 건 아니야. 뉴턴의 어머니는 굉장한 부자는 아니었지만 하인을 두고 살 정도의 재력은 있었지. 하지만 뉴턴의 어머니는 아들이 고향에 내려와 농사를 지으며 평범하게 살길 바랬어. 그래서 학비를 보내주지 않았던 거야. 뉴턴이 고생하다보면 지쳐서 고향으로 내려올 거라고 생각했지. 그러나 뉴턴은 학자의 꿈을 포기하지 않았어. 뉴턴은 왠지 세상 모르고 공부만 했을 것 같지? 그런데 말이야. 뉴턴이 돈놀이를 했다는 사실 알아? 하하하~!그런데 믿어야 해. 명명백백한 사실이거든.

뉴턴은 1663년에 양아버지가 물려준 땅을 임대해 거둬들인 돈으로 케임브리지 대학학생들을 상대로 돈놀이를 했어. 그가 남긴 공책에 그 증거가 남아있지! 뉴턴이 돈을 꿔 준 친구는 한 둘이 아니었어. 뉴턴은 돈을 빌려주고 받는데 매우 철저했어. 그렇게 경제적 여유가 생긴데다가, 1664년엔 장학생 시험도 통과했지. 뉴턴은 드디어 공부에만 집중할 수 있었어.

뉴턴은 열렬한 독서광이기도 했어.
책을 읽고 생각을 정리하는데도 남달랐지. 책을 읽고나면 의문점과 이상한 점 그리고 자신의 의견을 책의 여백이나 공책에 체계적으로 꼼꼼히 적어놓았어.

1665년 봄 뉴턴은 케임브리지 대학을 졸업했어. 그러고는 케임브리지 대학 석사과정에 들어갔지. 그런데 그 해 9월 런던에 페스트가 발병했어. 페스트에 걸리면 피부에 검은 반점이 생겨 ‘흑사병’으로도 불려. 흑사병은 쥐가 옮기는 병으로 당시에는 치유가 불가능한 무시무시한 전염병이었어. 하루가 멀다하고 많은 사람이 죽어나갔어. 학교처럼 사람이 많이 모이는 곳은 폐쇄시켜야했지.

잠깐!과학의 역사에는 기적의 해가 두 번 있었거든. 1905년 아인슈타인의 기적의 해와 1666년 뉴턴의 기적의 해야. 아인슈타인은 1905년에 엄청난 과학적 업적을 한꺼번에 이루어냈어. 뉴턴의 기적의 해인 1666년은 뉴턴이 흑사병을 피해 고향집에 내려온 다음해야. 고향집에 내려온 뉴턴은 생각에 잠기곤 했어. 그러던 어느 날, 사과나무 아래에서 사색에 잠겨 있는데 사과가 ‘툭’하며 떨어졌지. 순간 뉴턴의 뇌리를 스치는 생각이 있었어.

‘사과가 옆이나 위가 아니라 아래로 떨어지는 이유는 뭘까? 그래! 중력이 아래로 작용하기 때문이야!’

또 뉴턴은 고향집에 머무르는 동안 미분적분학도 알아냈어. 미분은 잘게 나눈다는 뜻이고 적분은 그것을 다시 모은다는 의미야. 미분 적분을 모르고는 물리학은 물론 현대 수학과 공학을 배울수가 없어. 그만큼 중요한 학문이지. 만유인력의 법칙을 이론적으로 엄밀하게 증명하려면 지구 곳곳에서 당기는 중력의 세기를 하나하나 다 따져야 해. 지구의 중력은 특정한 곳에서만 나오는 게 아니거든.

저는 미분 적분을 몰라도 물리학과 현대 수학, 공학에 그렇게 미분 적분이 필요하지 않다고 생각했습니다. 그 까닭은 미분은 잘게 나눈다는 뜻이고 적분은 그것을 다시 모은다는 의미입니다. 그게 현대수학과 공학에 필요하다는 이유가 안된다고 생각했습니다. 하지만 뉴턴이 미분 적분학을 괜히 만든것은 아닙니다. 그래서 책의 내용을 잘 보니 지구의 중력은 특정하게 나오는 것이 아니라서 지구의 중력을 세세히 나누고 다시 합칠 때 미분 적분학이 필요하다는 것을 알게 되었습니다.

하지만 독일의 수학자 라이프니츠도 미분 적분학을 발견했다는 거야. 라이프니츠는 1648년에 자신의 발견을 발표했어. 그러자 누가 먼저 미분 적분학을 발견했느냐에 사람들의 관심이 쏠렸어. 그러던 중 뉴턴을 따르던 학자가 라이프니츠가 훔쳤다고 주장했지. 그 말을 들은 라이프니츠도 훔친 건 뉴턴이라면서 맞받아쳤어. 상황이 이렇게 되자 진흙탕 싸움은 돌이킬 수 없게 되었지. 논쟁으로 시작한 싸움은 어느 덧 영국과 독일 두 나라의 자존심 싸움으로 번지게 되었지. 양국은 연일 상대 국가를 비방했어. 이 싸움은 뉴턴과 라이프니츠가 죽은 뒤에도 계속되었지. 그래서 미분, 적분학 우선권 논쟁은 무승부로 마무리 되었지.

뉴턴은 기적의 해에 빛의 비밀까지 밝혀냈어. 그것을 뉴턴식 천체망원경이라고 해. 뉴턴은 자신이 만든 천체 망원경을 영국의 왕립 학회에 보냈지. 그것을 본 왕립 학회 회원들은 찬사를 아끼지 않았어. 영국 국왕인 찰스 2세까지 뉴턴의 반사망원경을 극찬했어. 뉴턴은 이렇듯 하는 일마다 승승장구했어. 저는 뉴턴이 당연하게 일을 잘할 꺼라고 생각했습니다. 그는 저에게 신뢰를 주었기 때문입니다.

하지만 뉴턴은 지위가 높아질수록 뉴턴을 못마땅해 하거나 시기하고 견제하는 사람들이 생겨났어. 그러다보니 뉴턴은 사람을 만나는 일에 지쳐갔어요. 저는 뉴턴이 안쓰러웠어요.
뉴턴은 세상과 등지고 살던 중 어머니가 병이 걸려서 결국 돌아가시고 말았어. 아버지는 뉴턴이 태어나기 몇 달 전에 돌아가시고 부턴 자기가 자기를 믿고사는 일생이 너무 안타까웠습니다.

그 후 뉴턴은 점점 외로워져갔고 방에 틀혀박혀서 혼자만의 연구에 더욱 매달렸지. 그러다 뜻하지 않은 헬리의 방문을 받아서 1687년 <<프린키피아>>를 출간했지. 과학의 역사상 가장 의미있는 책이 된 <<프린키피아>>가 탄생했습니다. 만약 핼리가 뉴턴에게 방문을 않했다면 지금 읽고 있는 이 책도 없었을 것입니다. 뉴턴의 일생에 핼 리가 큰 도움을 준 것 같습니다.

그런데 뉴턴이 굉장히 이성적이고 합리적인 학자라고 했잖아. 그런 뉴턴이 연금술에 심취해 있었던 거 알아? 연금술은 구리나 납처럼 값싸고 흔한 금속으로 금같은 귀한 금속을 만들려 했던 학문이야. 그런 연금술을 연구한 사람을 연금술사라고 하지. 뉴턴이 연금술을 열렬히 좋아했다는 것은 1970년에 뉴턴의 머리카락을 분석한 결과로 확인할 수 있어. 하지만 뉴턴이 연금술에 매료됐던 이유는 황금을 얻어 부자가 되려던 것이 아니라 자연 깊숙이 숨어 있는 비밀에 관심이 많았지. 그것을 알아내는 데 물질의 실마리가 될 지도 모른다고 생각했어. 그래서 연금술에 매료된 것이지.

뉴턴은 빛에 대해 연구한 결과를 책으로 출판했지. 바로 <<광학>>이라는 책이야. <<프린키피아>>와 달리 영어로 쓰여진 광학은 일반인들도 어렵지 않게 읽을 수 있었어.
1705년 영국의 앤 여왕은 뉴턴에게 기사 작위를 수여했어. 과학자로서 기사 작위를 받은 사람은 뉴턴이 처음이었지.

<<프린키피아>> 1권 1장에서는 물체의 운동에 대해서 설명하고 있어. 복잡한 기하학을 사용하면서 말이야. 뉴턴은 1권 1장으로 들어가기 전에 운동의 법칙이라는 이름으로 세 가지 법칙을 소개했어.

제1운동 법칙 : 물체가 힘을 받아도 운동 상태가 변하지 않으면 정지하거나 일직선으로 움직이는 등속운동을 한다.
제2운동 법칙 : 물체의 운동은 힘에 비례하여 변한다. 그리고 물체가 움직이는 방향은 힘을 가한 방향과 똑같다.
제3운동 법칙 : 작용이 있으면 반드시 반작용이 있다. 작용과 반작용의 크기는 같고 방향은 반대이다.

제1, 제2, 제3운동 법칙을 묶어서 뉴턴의 세가지 운동이라고 불러. 뉴턴은 세 가지 운동법칙을 통해 자연에서 일어나는 운동의 원리와 현상을 명쾌하게 설명했어. 뉴턴보다 앞서 갈릴레이가 있었고, 그 전에 아리스토텔레스가 있었지. 고대 그리스의 대학자 아리스토텔레스는 이렇게 호언장담했어.
“물체는 힘을 받아야 계속 움직일 수 있다.”
당연한 말인 것 같지? 그런데 그 주장이 틀렸다는 사람이 있었어. 바로 고전 과학의 문을 연 갈릴레이야. 갈릴레이는 비탈 위에서 공을 굴렸어. 공은 비탈을 빠르게 내려온 뒤 평면에 닿았어. 공은 얼마간 구르다가 이내 멈췄지. 공이 왜 멈췄을까? 공은 평면을 달리면서 줄곧 마찰을 받게 돼. 그래서 공이 평면을 구르다가 멈춘 거지. 저는 이 장면을 보고 마찰이 없으면 힘을 더 주지 않아도 물체는 일정한 속도로 내달린다는 것을 알게 되었습니다.

일정하다는 것은 한결 같다는 거야. 처음이나 중간이나 마지막이나 속도가 똑같다는 것이지. 이것을 등속운동이라고 해. 물체가 원래의 상태를 계속 유지하고 싶어하는 성질을 ‘관성’이라고 하지. 등속으로 움직이는 물체는 계속 등속으로 움직이고 싶어한다. 정지한 물체는 계속 정지하고 싶어한다. 그래서 뉴턴의 제1운동 법칙을 관성의 법칙으로도 부른다. 관성을 생각하면 버스안에 승객이 관성에 있다가 버스가 출발하면 승객들은 앞으로 쏠리지. 그러면서 관성의 힘이 사라지지. 관성은 물체에 저항하려는 힘이야. 저항하는 힘은 물체의 양과 관련이 깊어.

물체의 양이 많으면 저항하는 정도가 세지거든. 뿐만 아니라 무거워지지. 무거우면 움직이게 만들기가 어려워. 반대로 양이 적으면 저항하는 정도도 약해질거야. 뿐만 아니라 가벼워지거든. 가벼우면 움직이게 만들기가 쉽지. 여기서 물체의 양을 정의할 필요가 생겨. 우리가 생활하면서 마주하는 대부분의 운동이 속도가 일정하지 않은 운동이야. 더 살펴보면 지하철이 출발할 때, 비행기가 이륙할 때, 고양이가 쥐를 쫓을 때, 속도는 항상 변해. 이처럼 속도가 변하는 운동을 ‘가속도운동’이라고 해. 완벽한 운동법칙이라면 등속운동뿐만 아니라 속도가 변하는 운동, 즉 가속도 운동도 설명할 수 있어야 해. 그래서 뉴턴은 등속 운동을 넘어 가속도 운동까지 설명할 수 있는 법칙을 이끌어 낼려고 노력했어. 여기서 뉴턴의 제2운동 법칙이 탄생한거야. 뉴턴은 제2운동 법칙을 만들면서 힘과 속도사이의 관계를 따졌어. 속도가 변하는 걸 가속이라고 했잖아. 그러니 힘이 세지면 가속도도 커지게 되지. 이것을 뉴턴의 제2운동법칙으로 가는 첫 관문이라고 하지

뉴턴의 제2운동 법칙으로 가는 첫관문 : 힘과 가속도는 비례한다.

이번엔 가벼운 수레와 무거운 수레가 있다고 치자. 같은 힘으로 밀면 어느 수레가 금방 빨라지겠어? 맞아 가벼운 수레지. 가벼운 수레가 더 쉽게 가속된다는 의미야. 다시 말해 질량이 작을 수록 더 가속된다는 거지. 이것을 뉴턴의 제2운동 법칙으로 가는 두 번째 관문이라 하고

뉴턴의 제2운동 법칙으로 가는 2번째 관문 : 질량과 가속도는 반비례한다.

이제 첫 번째와 두 번째를 하나로 합치면 이렇게 될거야. 가속도는 힘에 비례하고 질량에 반비례한다. 비례와 반비례를 나타내면 비례는 분자, 반비례는 분모에 쓸 수 있어.
가속도를 구하는 식은 이렇게 되고

 가속도 =힘/질량

힘을 구하는 식은 이렇게 되지

힘 = 가속도×질량

이것이 뉴턴의 제2운동 법칙이야.

그 다음은 뉴턴의 제3운동 법칙이야. 힘과 힘 사이의 관게를 다루는 법칙이지. 승현이랑 대성이랑 우주복을 입고 우주 공간을 떠다닌다고 해봐. 승현이가 대성이를 밀면 대성이가 밀리지만 승현이도 뒤로 밀려. 대성이가 밀린만큼 똑같이 대성이가 밀린 것은 작용. 승현이가 반작용이야. 저는 이 장면을 보고 둘이 서로 힘을 교환하고 그 결과가 동시에 일어난다는 것이 신비로웠습니다.
구심력은 뜻은 ‘중심으로 향하게 하는 힘’이란 뜻이 되지. 중심하면 떠오르는 도형에는 뭐가 있을까? 정삼각형이라고 해도 돼고, 정사각형이라고 해도 되고, 정오각형 더 나아가서 오각형, 육각형이라고 해도 문제없어. 도형이라고 말하기 어려울만큼 울퉁불퉁 삐쭉삐죽한 선인장이나 나뭇가지에도 중심이 있지. 물론 사람한테도 중심이 있어. 그걸 특히 무게 중심이라고 해. 사람의 무게중심은 배꼽부근에 있어. 하지만 원은 그렇지 않아. 원 둘레의 어느 점을 선택해도 그 점에서 중심까지의 거리를 한 번 재어봐. 어때? 모두 똑같지? 그래서 고대 그리스의 학자들은 원을 가장 완벽한 도형이라고 믿었어. 그 대표적인 학자가 ‘피타고라스’지 중학교 수학시간에 배우는 피타고라스의 정리를 발견한 수학자야. 고대 그리스는 학자들이 천체의 모양은 둥글어 천체들이 회전하는 궤도도 둥글거라고 믿어 의심치 않았던 이유가 가장 완벽한 도형을 원으로 보았기 때문이야. 중심으로 향하는 힘인 구심력은 물체가 원을 그리면서 회전할 때 생기는 힘이야. 달은 한달에 한 번씩 지구 둘레를 회전하는데 그 궤도가 원을 쏙 빼닮았지.

이건 달과 지구 사이에 구심력이 작용한다는 뜻이야. 또 지구가 일년에 한번씩 태양 둘레를 회전하는 공전 궤도도 원을 닮았어. 지구와 태양사이에도 구심력이 작용한다는 증거지. 이처럼 어떤 천체가 다른 천체의 둘레를 도는 걸 ‘공전’이라고 해. 공전하는 천체는 원과 비슷한 길을 따라서 회전해. 우주에 있는 모든 천체가 원을 그리며 공전하지 구심력을 제대로 알면, 우주에 있는 천체들이 어떻게 움직이는지를 바르게 설명할 수 있거든. 한마디로 구심력은 우주의 신비를 캐는 마법의 힘인거지. 이쯤 되면 구심력을 처음으로 알아낸 사람이 누군줄 알겠지. 맞아 바로 뉴턴이야. 뉴턴은 <<프린키피아>>에서 이렇게 정의했어.

물체를 끌어당겨서 중심으로 향하게 하는 힘이 구심력이다.
중력이 바로 구심력의 특징을 보이는 힘이야.
중력이 어떤 힘이지? 맞아. 지구가 잡아당기는 힘이지. 지구의 중심쪽으로 말이야. 다시 말해서 지구의 중심으로 향하는 힘. 그것이 바로 중력이지. 저는 이 장면을 보고 난 후 중심으로 향하는 힘이 구심력이니 중력도 구심력이 될 수 있다는 것이 신기하였습니다.

이 책을 읽으면서 나의 본보기가 되었습니다. 내가 성장하면서까지 필요한 도움을 책에서 받을 수 있다는 것에 감사하고 있습니다.