뉴턴과 만유인력의 법칙, 세상을 설명하다

안녕하세요, 리모스토리입니다. 포스팅이 늦어진 점 양해 바라고요, 앞으로는 더욱 성실한 정보로 보답하겠습니다!
어제는 뉴턴이 만유인력의 법칙을 발표한 날입니다. 만유인력의 법칙! 한번쯤은 들어보셨을 건데요, 오늘은 뉴턴의 삶과 중륙, 만유인력의 법칙에 대해서 설명해 드리겠습니다!

만유인력의 법칙이란 무엇인가

만유인력의 법칙은 모든 물체가 서로를 끌어당긴다는 물리학의 기본 원칙입니다.
이 법칙에 따르면 두 물체가 서로 끌어당기는 힘의 크기는 두 물체의 질량의 곱에 비례하고, 두 물체 사이 거리의 제곱에 반비례합니다.
이를 수식으로 표현하면 다음과 같다고 해요.

F = G * (m₁ * m₂) / r²

여기서
F는 두 물체 사이의 인력,
G는 만유인력 상수(6.67430 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²),
m₁, m₂는 각각 두 물체의 질량,
r은 두 물체 사이의 거리인데요.

이 공식은 물체의 질량과 거리만 알면 두 물체 간에 작용하는 힘을 정확히 계산할 수 있게 해줍니다. 지구상의 사과가 땅으로 떨어지는 이유, 달이 지구 궤도를 따라 움직이는 이유를 하나의 원리로 설명할 수 있게 만든 획기적인 발견이라고 할 수 있겠네요.

만유인력의 법칙이 제기된 시대적 배경

뉴턴이 활동하던 17세기 후반은 과학 혁명의 한가운데였습니다. 당시까지 사람들은 아리스토텔레스의 자연 철학을 따르며, 물체는 그 고유한 성질에 따라 움직인다고 믿고 있었습니다. 하지만 코페르니쿠스, 갈릴레이, 케플러 등 선구자들의 등장으로 새로운 자연관이 요구되던 시기였지요.

특히 요하네스 케플러는 행성들이 태양 주위를 타원 궤도로 돈다는 사실을 밝혀냈지만, 왜 그런지에 대한 분명한 증거를 내세우지 못했는데요, 뉴턴은 바로 이 부분을 물리적 원리로 설명하는 데 성공했습니다.

뉴턴의 생애와 만유인력의 탄생

아이작 뉴턴(1643–1727)은 영국 링컨셔의 작은 마을에서 태어났습니다. 미숙아로 태어난 뉴턴은 생존 자체가 기적처럼 여겨졌습니다.
어린 시절 어머니와 떨어져 외조부모 밑에서 자랐고, 이는 그의 내성적인 성격 형성에 영향을 주었습니다.

케임브리지 대학교 트리니티 칼리지에 입학한 뉴턴은 당시 유럽을 강타한 페스트로 인해 학교가 휴교하면서 고향으로 돌아가게 됩니다.바로 이 ‘페스트 기간’ 동안 뉴턴은 만유인력, 미적분학, 광학 등에서 놀라운 업적을 쌓았습니다. 전설처럼 전해지는 “사과 이야기”도 이 시기에 발생한 일로 흔히 알려져 있다고 해요,

뉴턴은 단순히 사과가 떨어지는 것을 보고 영감을 얻은 것이 아니라, 달이 지구 주위를 도는 운동과 사과가 땅으로 떨어지는 운동 사이에 본질적인 연결고리가 있다고 생각했다고 해요.
이후 오랜 연구 끝에, 1687년 《프린키피아(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)》를 출간하면서 만유인력의 법칙을 발표합니다.

프린키피아의 출간과 과학 혁명

《프린키피아》는 고전 물리학의 기초를 닦은 역사적인 저작입니다. 뉴턴은 이 책에서 세 가지 운동 법칙과 함께, 만유인력의 법칙을 체계적으로 정리했습니다.
특히 만유인력은 지구에서 떨어지는 물체의 운동과 천체의 운동을 하나의 원리로 설명했다는 점에서 혁명적이었습니다.

이로 인해 과학자들은 자연 현상을 수학적 언어로 설명할 수 있다는 확신을 갖게 되었고, 현대 과학의 토대가 마련되었어요.

만유인력과 중력의 구체적 이해

뉴턴의 만유인력은 질량을 가진 두 물체 사이에 작용하는 비접촉 힘입니다. 이는 당시까지만 해도 당연시되던 “물체는 접촉해야 힘을 전달할 수 있다”는 생각을 완전히 뒤엎은 것이었습니다. 만유인력은 거리의 제곱에 반비례하는데, 이를 통해 지구 위 수천 킬로미터 떨어진 인공위성 궤도를 계산할 수 있게 되었습니다.
오늘날 GPS 시스템이나 인공위성 통신, 우주 탐사는 모두 이 원리 덕분에 가능해요.