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1단원시공간과우주

고등학교 물리1
by

jeong jinho

on 6 April 2014

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Transcript of 1단원시공간과우주

I. 시공간과 우주
III. 정보와 통신
IV. 에너지
1. 시간, 공간, 운동
2. 시공간의 새로운 이해
시간의 측정
표준
길이의 측정과 표준
물체의 운동
1. 시간과 시각
시간은?
시각은?
예) 내일
9시
에 출발하자. 목적지 까지
2시간
걸리니까
11시
쯤 도착할거야.
시간의 단위: 초(s),
-3
10 s
-6
10 s
-9
10 s
2. 시간 측정
주기적인 자연 현상을 이용하여 측정
* 시간의 측정 방법
자연현상
진자의 운동
수정시계
원자시계
해가뜨고 지는 주기
달의 모양 변화 주기
수정 조각이 특정 전압
에서 진동하는 횟수
진자의 진동 횟수
세슘(Cs)원자가 흡수,
방출하는 전자기파가
진동하는 횟수
지구의 운동에 따라 변함
정확한 측정, GPS에 사용
소형화 가능, 가장 많이 이용
위도와 줄의 길이에 따라 다름
3. 앙부일구로 시간 측정하기
http://cafe.daum.net/YIculture/BHiG/49?docid=12GdQ|BHiG|49|20061207142447&srchid=IIMERGHC00#Adownload.php?grpid=12GdQ&fldid=BHiG&dataid=49&fileid=3&regdt=20060330195625&disk=3&grpcode=YIculture&dncnt=N&.jpg&srchid=IIMERGHC00
4. 시간 표준
5. 표준 시간대
태양시
역표시
원자시
* 지구의 자전을 기준으로
하루를 24시로 정함.
* 1초는 1 태양일의
1
24*60*60
로 정의
* 지구의 자전속도의 변화를
고려함.
* 1900년 1년의
1
31,556,925.9747
로 정의
Cs 원자가 흡수, 방출하는
특정 파장의 전자기파가
9,192,631,770번
진동하는데 걸리는 시간.
133
*
17세기-19세기
1967년 국제도량형총회 결정
1956년 국제도량형총회 결정
표준 시간대의 필요성?
위도?
경도?
자오선?
http://pann.news.nate.com/info/251178239
사모아는 해가 가장 늦게 지는 나라에서 가장 일찍 뜨는 나라로 바뀐다.
지구둘레
빛의 파장
빛의 진행 거리
* 파리를 지나는 자오선의
1
40,000,000
로 정의
* 에서 방출되는 적색
빛의 파장의 1,650,763.73
배로 정의
* 빛이 진공에서
1791제정, 1870년 미터원기 제작
1983년 국제도량형총회 결정
1960년 국제도량형총회 결정
1. 길이 표준의 역사
* 미터 원기 제작 보급
백금 90%, 이리듐 10%의 합금을
사용하여 잘 굽지 않도록 그 단면을
X형으로 만들었다.
Kr
86
36
한국표준과학연구원이 보유하고 있는 헬륨네온 레이저. 한국에서는 1983년부터 진공 상태에서의 헬륨네온 레이저 파장을 이용해 1미터 표준원기를 만들어 사용하고 있다.
1
299,792,458
초 동안
진행한 경로의 길이로 정의
2. GPS원리
http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System
1. GPS 위성과 리시버 사이에 신호를 주고 받아 거리 계산
2. 최소 3개의 위성이 보여야하며, 정밀도를 높이기 위해서는 4개이상의 위성이 보여야함..
빛의 속도 * 전파 도달 시간
1. 소리와 빛
2. 정보의 전달과 저장
1. 에너지의 발생
2. 힘과 에너지의 이용
운동의 법칙
일과 에너지
만유인력의 발견
특수 상대성 이론
일반 상대성 이론
대폭발 우주론
기본 입자와 상호 작용
소리와 초음파
공명과 화음
마이크와 스피커
광전효과와 광센서
색채 인식과 영상장치
전자기파의 스펙트럼
무선 통신과 방송
전반사외 광통신
전기 신호의 조절
전자기파 센서와 정보 인식
정보의 저장
물리 I
1. 속도와 가속도
2. 등가속도 직선 운동
3. 삼각측량법
스칼라
벡터
이동거리: 물체가 운동한 경로의 길이,
변위: 처음 위치에서 나중 위치까지의 변화량,
속력: 단위 시간 동안 이동거리
속도: 단위 시간 동안 변위,
등속도운동: 물체의 속도가 일정한 운동
상대속도: 물체의 속도-관찰자 속도
가속도: 시간당 속도의 변화량,
행성 궤도의 특징
케플러 법칙
만유인력 법칙
등속 원운동
등가 원리
빛의 굽어짐
공간의 휨
중력에 의한 시간 팽창
수성의 세차 운동
중력파
블랙홀
허블 법칙
대폭발 우주론
가속 팽창하는 우주
우주의 나이
우주 배경 복사
중력
전자기력
강한 상호 작용
약한 상호 작용
표준 모형
Kepler, Johannes
1571~1630
1642-1727
Sir lsaac Newton
1500
1600
1700
T. Brahe

1546~1601
케플러 제1법칙
케플러 제2법칙
케플러 제3법칙
타원궤도의 법칙
타원 그리는 법
1852-1931
Albert Abraham Michelson
1800
1900
2000
Edward Morley
1838-1923
파동과 매질
마이켈슨 몰리 시험(1887)
빛의 도달시간(속력) 차이를 발견할 수 없았다. 에테르는?
진공 중에서 진행하는 빛의 속도는 관찰자나 광원의 속도에 관계없이 일정하다.
자동차 전조등 불빛은 속력은 정지한 자동차와 달리는 자동차 중 어느 것이 더 빠른가?
20m/s의 속력으로 달리는 자동차에서 자동차가 달리는 방향으로 10m/s의 속력으로 공을 던지면 공의 속력은 몇 m/s인가?
생각해보기
1887년 마이켈슨 몰리 실험
관측자와 관측하고자 하는 대상 사이의 운동에 의해 시간, 공간의 측정이 어떻게 영향을 받는지 설명하는 이론--관성기준계에 관련된 문제를 다룬다.
아인슈타인은 갈릴레이의 '상대성 원리'에 주의를 기울임
갈릴레이의 상대성원리는 정지해 있는 장소이든 일정한 속도로 움직이고 있는 장소이든, 그곳에서 일어나는 물체의 운동에는 차이가 없다는 생각
아인슈타인은 빛도 상대성 원리의 적용 범위에 든다고 주장함.
등속 진선 운동을 하고 있는 곳에서는 빛의 진행 방향을 결정하는 물리 법칙을 포함하는 모든 물리 법칙이 정지한 곳과 똑같이 성립한다.
누가 보아도 빛의 속력은 같다.
관측하는 장소가 어떻게 움직여도 빛은 언제나 일정한 속력으로 나아간다.
속도는 '나아간 거리/걸린 시간'이다. 광속불변의 원리는 속도의 상식을 뒤엎었다. 거리(공간)와 시간의 상식이 뒤집혔다.
Olbers, Heinrich Wolhelm Matthaus
1758-1840 독일
1826년 올베르스 역설 주장
단위: m/s
순간속도: 아주 짧은 시가동안의 속력과 방향
평균속도: 운동하는 도중의 속도 변화를 고려하지 않는 전체 구간의 속도
단위: m/s
2
등가속도 직선운동 그래프
if, a<0
방향
방향
방향
합력 & 알짜힘은 무엇인가?
물체에 힘이 작용하면 물체는 어떻게 되는가?
뉴턴의 운동 제1법칙
뉴턴의 운동 제2법칙
뉴턴의 운동 제3법칙
(작용 반작용 법칙)
물체에 작용하는 힘이 0일 때 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고 운동하는 물체는 일직선으로 등속운동한다.
물체에 힘이 작용할 때 힘과 질량과 가속도 사이의 관계를 나타내는 법칙
kg m/s
2
= N
단위:
한물체가 다른 물체에 힘을 작용하면 동시에 다른 물체도 그 물체에 같은 크기의 힘을 반대방향으로 작용한다.
Q: 지구가 인공위성을 끌어당기는 힘의 반작용은?
Q: 지구와 달 을 끌어당기는 만유인력의 반작용은?
힘의 합성법
평행사변형법 & 삼각형법
운동량과 충격량
운동량: 운동하는 물체의 질량과
속도
의 곱에 비례하는 물리량
단위: kg m/s
.
p=mv,
충격량: 물체에 작용한

과 힘이 작용하는 시간의 곱에 비례하는 물리량
I=Ft, 단위: N s=kg m/s
.
.
F = m a = m
v-v
0
t
.
.
I = Ft = mv - mv
0
충격량=운동량의 변화량
일상생활과 충격량
물체에 힘을 작용하여 물체가 힘의 방향으로 이동할 때 일을 하였다고 한다.

일 운동 에너지 정리
.
물체에 힘을 작용하여 일을 하면 일을 한 만큼 물체의 에너지가 증가한다.
역학적 에너지 보존 법칙
운동 에너지+퍼텐셜 에너지
E
E
k
p
일=힘*이동거리,
단위: N m = J
,

θ는?
일이 '0'인 경우는?
공기 저항이 없을 때 물체의 운동에너지와 퍼텐셜 에너지의 합은 높이에 관계없이 항상 일정하게 보존된다.
45쪽 내용정리, 개념확인 문제 쪽지시험 실시
타원궤도란 무엇인가?









타원궤도를 돈다.
보기에는 원으로 보임
제 1법칙: 타원궤도의 법칙
제 2법칙: 면적속도 일정의 법칙









제 3법칙: 조화의 법칙
질량을 가진 두 물체 사이에 작용하는 힘으로 질량의 곱에 비례하고 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례한다.
물체가 등속원운동 하기 위해서 원의 중심 방향으로 작용하는 힘
만유인력의 법칙과 케플러 법칙
만유인력 법칙을 이용하여 케플러 법칙 유도
,
파동을 전달시키는 물질이
매질
빛도 파동이므로 매질이 있어야한다.
빛을 전달시키는 물질
에테르!
올라가는 경우와 내려오는 경우 두 배의 속력은?
에테르 흐름을 타고 운동하는 경우와 거슬러 운동하는 경위 각각의 속력은?
에테르가 있다면 에테르를 통해 전달되는 빛의 속력이 변할 것이다.
결론
특수 상대성 이론
마이켈슨 몰리 실험
아인슈타인이 에테르 부정
빛의 속도는 광원이나 관찰자의 운동에 무관하다.
특수상대성 이론의 2가지 가정
가정 1. 상대성 원리
가정 2. 광속 불변의 원리
관성좌표계 : 뉴턴 제 1법칙을 만족시키는 계
1964년 유럽입자물리연구소(CERN) 실험
측정
특수상대성 이론에서 시간과 공간을 어떻게 측정할까?
- 물리적 현상이 일어나는(사건이 발생하는) 지점의 좌표와 그 지점의 시계를 읽으면 된다.
두 사건의 동시성
시간이 어디서나 누구에게나 똑같이 흐르는 절대적인 것
동시에 일어난 사건이 관찰자에 따라 동시에 일어나지 않을 수 있다.
특수상대성 이론
서로 다른 장소에서 두 사건이 동시에 발생하면 누가 보더라도 동시에 일어났다고 관찰
시간을 상대적인 것으로 본다.
좌,우로 향하는 빛의 속력은 c 로 일정

광원과 검출기 사이 거리는 일정

빛이 동시에 도착
관찰자가 보는 좌, 우 빛의 속력은 c 로 일정
검출기의 이동으로 왼쪽 방향 빛이 작은 거리를 이동한다.
왼쪽 검출기에 빛이 먼저 도착한다.
우주선에 있는 관찰자는 빛이 검출기 A, B에 동시에 도착한 것으로 관찰
행성에 있는 관찰자는 검출기 B에 빛이 먼저 도착한 것으로 관찰
두 사건이 발생한 시간 차이는 좌표계에 따라 다르게 측정된다.
빛 시계
: 양쪽에 거울을 두고 빛이 왕복하는 시간을 시간의 단위로 사용
시간 팽창
광속에 가까운 속력
민호
관성력
외부의 사람이 보면 내부의 사람과 공은 자유낙하한다.(중력 때문)
엘리베이터 내부의 사람은 공의 운동을 어떻게 설명할까?
힘(중력)이 있는데도, 자신과의 거리가 변하지 않는다.
등가원리
관성력은 중력과 구별할 수 없다.
공간의 휨
1929 허블의 법칙
에드윈 허블(1889-1953)
1905 특수상대성이론
기본상호작용
가장 먼저 발견(1687, 뉴턴)
가장 이해하기 어려운 힘
1687. 만유인력법칙
1915-1916 일반상대성이론
1930. 볼프강 파울리(스), 중성미자 예언
볼프강 파울리(1900-1958)
1987. 고시바 마사토시(일), 중성미자 검출
아인슈타인 일반상대성이론
탈레스가 호박(amber)이 먼지를 당기는 현상 관측
전기력
자기력
패러데이
멕스웰
전자기 유도법칙
Michael Faraday(영,1791-1867)
1822. 패러데이 전자기유도법칙
James Clerk Maxwell(스코틀렌드,1831-1879)
1873, 맥스웰 '전자기론' 출판
전자기력
짧은 거리에서만 작용함
베타입자
중성미자
소립자가 다른 소립자로 바뀔 때 작용
세상은 무엇으로 만들어졌는가에 대한 대답
글래쇼, 와인버그, 살람이론(GWS), 1979년 노벨물리학상
스티븐 와인버그(미국,1933-)
1969,글래쇼,와인버그,살람
표준모형이론으로 노벨상
1974. 이휘소 참쿼크의 질량 예측
이휘소(1935.1-1977.6)
쿨롬(1736-1806)
외르스테드(덴,1777-1851)
1820. 전류에의한자 기장 발견(외르스테드)
앙페르(프,1775-1836)
Lenz(ehr,1804-1865)
1834. 렌츠의 법칙
보어(덴,1885-1962)
Onnes (네,1853-1926)
1911 초전도현상(onnes)
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