- 질문 게시판입니다.
Date 23/06/06 19:42:21
Name   OneV
Subject   F = ma, E = mc2 차이가 뭔가요?
전문 분야가 아니라 일단 문송합니다.
갑자기 의문이 들었는데 중고등학교에서 배웠던 F = ma는 직관적이고 살짝(?) 이해가 되는데 특수 상대성 이론으로 가면서 똑같은 질량의 물체에 갑자기 a대신 빛의 속도가 붙고 거기서 나오는 에너지가 어마어마 해지는데 이게 무슨 차이인지 살짝 궁금합니다.


워낙 유명한 공식이라 아는 공식이지만 어떻게해서 발생하는 에너지차이가 이렇게까지 벌어지는건지 궁금하네요.



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그런데
둘은 너모 먼 거리에 있는 식인 것 갈습니다.
각각의 식에 대한 설명이 책 한 권씩이라서 제가 여기서 설명을 할 수는 없을 것 같습니다.
3
우연한봄
a는 가속도에 대한 총칭
g는 가속도 중에 중력가속도
c는 빚의 속도

g c모두 숫자로 표현할 수 있는 상수들이지만 g c로 표기하는게 훨씬 직관적이고 편하죠.
유명한 자주 쓰는 상수로 대체표기해 편의와 이해를 도모한것 아닌가.

제가 수학을 언어학인거 같다고 생각하는 부분중에 하니입니다
1
추가하자면
단위와 에너지의 발전사와 관겨가 있습니다.
역학에너지라 f=ma 뉴턴N 개념이 나온 이래 J이라 에너지 단위를 거쳐, 상대성 이론, 시간 빛 등의 여러 개념이 버무려지며 e=mc²[J] 까지 흘러오게 됩니다.

그렇게 개념들이 고리를 엮여 고전에는 몰랐던 에너지와 질량 빛의 속도와의 관계들을 설명하게 되죠.

https://m.blog.naver.com/richerman21/221610... 더 보기
추가하자면
단위와 에너지의 발전사와 관겨가 있습니다.
역학에너지라 f=ma 뉴턴N 개념이 나온 이래 J이라 에너지 단위를 거쳐, 상대성 이론, 시간 빛 등의 여러 개념이 버무려지며 e=mc²[J] 까지 흘러오게 됩니다.

그렇게 개념들이 고리를 엮여 고전에는 몰랐던 에너지와 질량 빛의 속도와의 관계들을 설명하게 되죠.

https://m.blog.naver.com/richerman21/221610949684

공식 유도하는게 마침 다른 분 블로그에 나와 있군요.

물리학의 많은 단위들이 이런식으로 엮입니다
그래서 각 단위들을 풀어헤치면 별별게 다 튀어나오죠.
E의 단위인 J역시 풀어헤치다보면 N에 이것저것 곱하고 나누고 등이 튀어나옵니다.
역시나 수학이 언어학 같다고 생각하게 만들더군요.
2
혼돈의카오스
일단 1번은 에너지와 관련이 없습니다.
그리고 두 식은 모두 다른 원리 내지는 가정으로부터 시작한 수식이기 때문에 관련이 없습니다.
갑자기 뭔가가 크다는 것은 그러므로, 전적으로 받아들이는 사람의 차이입니다.

대체로, 사용하는 바에서도 F=ma같은 경우는 물체의 운동을 설명하는 경우이고,
후자의 경우는 미소 입자 단위에서 변환에 따라 에너지를 생성 또는 소멸하는 핵융합 또는 핵분열과 같은 경우입니다. 이 경우는 입자가 어떻게 움직이는지 설명하지는 않습니다. 단지 어떤 상황의 전/후를 비교합니다.
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당근매니아
https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000000406959
두 수식의 연관을 가장 잘 풀어서 설명해주는 책이라고 생각합니다.
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매뉴물있뉴
F = ma와 E = mc2를 왜 서로 비교 가능하다고 생각하셨는지 자체가 조금 의문이긴 합니다. 서로 되게 다른 식입니다. ㅎㅎ
다만 F = ma는 직관적으로 이해가 가신다고 하셨으니 굳이 설명하지 않고 넘어가겠읍니다. F는 힘, m은 질량, a는 가속도이며 각각 힘, 질량, 가속도가 무슨 뜻인지 명확하게 이해만 가면 직관적으로 이해가 갈수 있는 공식이니 뭐......

E = mc2는 설명하기가 조금 복잡한데...
우라늄의 핵분열을 예로 들자면, 우라늄235 1kg를 핵분열 시키면 질량이 0.1g 정도 감소합니다. 핵분열... 더 보기
F = ma와 E = mc2를 왜 서로 비교 가능하다고 생각하셨는지 자체가 조금 의문이긴 합니다. 서로 되게 다른 식입니다. ㅎㅎ
다만 F = ma는 직관적으로 이해가 가신다고 하셨으니 굳이 설명하지 않고 넘어가겠읍니다. F는 힘, m은 질량, a는 가속도이며 각각 힘, 질량, 가속도가 무슨 뜻인지 명확하게 이해만 가면 직관적으로 이해가 갈수 있는 공식이니 뭐......

E = mc2는 설명하기가 조금 복잡한데...
우라늄의 핵분열을 예로 들자면, 우라늄235 1kg를 핵분열 시키면 질량이 0.1g 정도 감소합니다. 핵분열 과정에서 사라진 질량은 열에너지의 형태로 외부로 분출되고 그 에너지를 모아다가 원자력 발전소를 돌리는데
그 0.1g분량의 [질량이 에너지로 변환될때 얼마나 많은 에너지가 나오는지]를 계산할때 쓸수 있는 공식입니다.
계산해보면 대략 9MJ(메가줄)정도 나오네요. ㅎㅎ
2
Paraaaade
간단하게 후자는 그 질량이 없어질때(변환될때) 생성되는 에너지입니다.

공에 가속도를 아무리 가한다고 해도 없어지진 않잖아요? (F=ma는 에너지에 관한 식도 아니긴 하지만..)
2
다시갑시다
F=ma는 힘(F)을 계산하는 공식이고
E=mc2은 에너지(E)를 계산하는 공식입니다
둘의 기원과 의미는 다른분들이 많은 설명을 적어주셧으니 생략하겠습니다

두 공식의 차이를 이해하기 위해서는 일단 힘과 에너지는 어떤 관계인지를 먼저 정립해야합니다.
일반적으로는 힘/에너지를 혼용해서 사용하지만 물리학내에서는 구분이 되는 관계이거든요.

공식은 의외로 간단한데: E=Fd입니다
에너지는 힘 x 거리(d)라는거죠
한번 더 풀어쓰면 일정한 힘을, 특정한 거리 동안 썻을때, 그에 상응하는 에너지가 소모되었다...라고 이해할수... 더 보기
F=ma는 힘(F)을 계산하는 공식이고
E=mc2은 에너지(E)를 계산하는 공식입니다
둘의 기원과 의미는 다른분들이 많은 설명을 적어주셧으니 생략하겠습니다

두 공식의 차이를 이해하기 위해서는 일단 힘과 에너지는 어떤 관계인지를 먼저 정립해야합니다.
일반적으로는 힘/에너지를 혼용해서 사용하지만 물리학내에서는 구분이 되는 관계이거든요.

공식은 의외로 간단한데: E=Fd입니다
에너지는 힘 x 거리(d)라는거죠
한번 더 풀어쓰면 일정한 힘을, 특정한 거리 동안 썻을때, 그에 상응하는 에너지가 소모되었다...라고 이해할수있는겁니다

이제 연관된 수식이 세가지니까 서로 막 대입해볼수있습니다
E=Fd,
F=ma, E=mc2

E=Fd에 F=ma를 대입하면
--> E=mad=mc2
즉 ad = c2이라는 요상한 결론이 나옵니다

일정 거리를 가속하는게 빛의 속도의 제곱이라고?

이런 특이한 결론이 나오는건 우리가 시작할때 두 공식이 은연중에 하고있는 암묵적 동의서를 제대로 읽지 않아서 그렇습니다.

F=ma는 뉴턴이 역학 "물체의 움직임"을 설명하기 위해 고안해낸 공식입니다. 그래서 거기서 파생한 E=Fd=mad는 질량 m의 물체를 a의 가속으로 d만큼 움직였을때 사용되는 에너지를 계산하는 공식이죠.
예시) 선생님이 대략 0.1톤인 절 1미터 가량 있는 힘껏 미셧을때 사용되는 칼로리를 생각해보시려면 F=ma를 사용하면 됩니다

E=mc2은 조금 다른 질문을 합니다. 아인슈타인은 "물체가 움직이지 않더라도 에너지를 지니고있다"라는 파격적인 제안을 합니다. 그러면 당연히 "움직이지도 않는게 어떻게, 얼만큼의 에너지가있는데?"라는 질문이 따릅니다. 거기에 대한 답이 E=mc2입니다. 풀어서 얘기하자면 "질량이란 원자들을 한곳에 묶어두는거고, 원자와 원자들이 서로 흩어지지 않게 묶어두는 질량 그 자체에 에너지가있다! 그리고 그렇게 질량을 묶어둔 에너지는 어마어마하게 크다 c2만큼"이라고한거죠. 그래서 미는 힘과, 내재된 힘의 관계를 설명하자면 ad=c2이라는 엄청나게 큰 차이가 난다!라는거죠
위의 예시를 변형하여 설명하자면) 선생님이 대략 0.1톤인 저를 1미터 만큼 밀어서 0.1톤인 제 속의 원자들을 다 묶어둔만큼의 칼로리를 사용하시려면, 대충 저를 빛의 속도로 (사시 그보다도 훨씬 더...) 날려버리셔야한다는겁니다.

대충 우주만물 모두 내재된 포텐셜을 어마어마하지만 별이나 원자폭탄이 아닌 이상 그 포텐셜의 0.00001퍼센트도 못쓴다고 이해하셔도 될것 같습니다 (맞지만 아님)
4
아서 모건
대충 E가 미쳤다(mad)는 얘기죠?(아님)
다시갑시다
대충이니까 맞습니다 (미침)

정성껏 답변 해주신분들 모두 감사합니다.
개념 차이가 굉장히 크구나를 느끼고 완벽히 이해는…… ㅋㅋㅋㅋㅋ 어렵네요.
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