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고전역학 Classical Mechanics |
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1. 개요
속력( 速 力, Speed)은 속도와 함께 물체의 빠르기를 나타내는 물리량이다.일상생활에서는 속도와 속력을 큰 구분없이 사용하지만 물리학에서 속력은 "단위시간당 이동거리"로, 속도는 "단위시간당 변위(위치변화량)"으로 차이가 있다. 이때 이동거리는 운동하는 물체의 자취의 길이로 스칼라값을 갖게 되고 변위는 운동하는 물체의 위치 변화량으로 벡터값[1]을 갖게 되는데, 따라서 속력은 스칼라, 속도는 벡터의 값을 갖게 되며, 물체가 직선운동을 하지 않는 이상 그 절댓값에서도 차이를 갖게 된다.[2] (단, Δt→0으로 정의되는 순간속력과 순간속도의 절댓값은 항상 같다.)
속력의 단위에는 m/s, km/s, km/h, mph 등이 있으며, 음속인 마하는 매우 빠른 속도로 비행하는 전투기 등의 속력을 나타내는데 사용되기도 한다.[3]
2. 자연계의 최대 속력
아인슈타인의 상대론에 따르면 자연계에는 정보의 최대 속력이 존재하며, 이는 빛의 속도인 299,792,458 m/s이다.[4] 광속보다 빠른 속도로 운동하는 것은 불가능하며, 광속으로 운동할 수 있는 물체는 정지질량(resting mass)이 0이다.[5][6]현재까지 광자를 제외하고 가장 광속에 가까운 속도를 갖는다고 알려진 입자는 오마이갓 입자(Oh-my-god Particle)이다.
[1]
정확히는
유클리드 기하적 벡터
[2]
예컨대 어떤 물체가 둘레가 500m인 원 모양의 트랙을 따라 10초동안 운동했다고 가정하면 평균 속력은 50m/s지만, 평균 속도는 0이 된다.
[3]
예컨대 마하 3(M 3)은 음속의 3배라는 뜻으로 약 3675.13km/h를 의미한다.
[4]
빛의 속도는
광속 불변의 원리에 의해 관찰자의 운동상태와 상관없이 항상 일정하다.
[5]
빛을 구성하는 양자인
광자(photon)은 질량이 0인 입자이다.
[6]
정지질량이 0보다 큰 물체가 광속으로 운동하면 관성질량(inertial mass)은 무한대로 발산한다. 관성질량이 무한대로 발산했다는 것은 곧
질량-에너지 동등성에 의해 물체의 에너지 또한 무한대로 발산했다는 것을 의미하는데, 애초에 자연계의 에너지 총량은 한정적이므로 이는 불가능하다. 따라서 정지질량이 0보다 큰 물체가 광속으로 운동하는 것은 불가능하다.