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물리학

광학은 물질과의 상호 작용, 이미지 형성 및 다양한 응용을 위한 빛의 조작을 포함하여 빛의 동작과 속성을 다루는 물리학의 한 분야입니다. 그것은 안경과 현미경에서 레이저와 통신에 이르기까지 광범위한 실제 응용 분야를 가진 과학의 기본 영역입니다. 연구의 시작 광학에 대한 연구는 고대 그리스와 중국과 같은 초기 문명이 빛과 그 특성에 대한 기본적인 이론을 발전시킨 수천 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 그러나 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei), 요하네스 케플러(Johannes Kepler), 아이작 뉴턴 경(Sir Isaac Newton)과 같은 선구자들이 이 분야에 상당한 공헌을 하면서 광학 연구가 공식적인 과학 분야로 등장하기 시작한 것은 17세기가 되어서였습니다. 개념 광학의 핵심 개념 중..

물리학

빛은 사람의 눈에 보이는 전자기파입니다. 일반적으로 빛의 속도라고 불리는 초당 약 299,792,458미터의 속도로 우주를 이동하는 에너지의 한 형태입니다. 빛은 물리적 우주의 필수 구성 요소이며 과학, 기술 및 일상생활의 다양한 영역에서 중요한 역할을 합니다. 빛의 본질은 수 세기 동안 과학적 탐구의 주제였으며 빛의 속성과 행동에 대한 이해는 시간이 지남에 따라 크게 발전했습니다. 빛 연구에서 가장 중요한 발전 중 하나는 17세기에 아이작 뉴턴 경이 백색광을 프리즘을 통과시켜 구성 요소 색상으로 분리할 수 있음을 입증한 일련의 실험을 수행했을 때였습니다. 이 발견은 광학 원리를 사용하여 설명할 수 있는 현상으로서의 빛에 대한 새로운 이해로 이어졌습니다. 빛은 전자기 복사의 한 형태로, 공간을 통해 전파..

물리학

개념 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 줄임말인 레이저는 유도 방출 과정을 통해 간섭성 광선을 방출하는 장치입니다. 레이저의 개념은 1917년 알베르트 아인슈타인이 처음 제안했지만 레이저는 1950년대가 되어서야 찰스 하드 타운스 같은 연구자들이 개발했습니다. 구성요소 레이저의 기본 구성 요소에는 이득 매질, 이득 매질을 여과시키는 메커니즘 및 공진 공동이 포함됩니다. 이득 매질은 유도 방출을 통해 빛을 증폭할 수 있는 결정, 가스 또는 반도체와 같은 물질입니다. 이득 매체를 여기 시키는 메커니즘은 일반적으로 이득 매체의 원자 또는 분자에 에너지를 제공하여 빛을 방출하는 플래시램프 또는 전기 방전입니다. 공진공동은 게인 매질을 통해 ..

물리학

양자 역학은 전자 및 광자와 같은 아원자 입자를 포함하여 가장 작은 규모에서 물질 및 에너지의 동작을 설명하는 물리학의 한 분야입니다. 20세기 초에 광전 효과, 원자 에너지 준위의 양자화 등 고전 역학과 전자기학이 설명하지 못하는 현상을 설명하기 위해 개발되었습니다. 양자역학의 기본 개념 중 하나는 전자와 광자와 같은 입자가 상황에 따라 파동과 입자와 같은 행동을 모두 나타낼 수 있다는 파동-입자 이중성입니다. 즉, 입자의 위치와 운동량은 불확정성 원리의 적용을 받기 때문에 확실하게 결정할 수 없습니다. 양자 역학의 또 다른 핵심 개념은 중첩(superposition)으로, 양자 시스템이 관찰되거나 측정될 때까지 동시에 여러 상태로 존재할 수 있으며, 이 시점에서 단일 상태로 붕괴합니다. 이것은 양자 ..

물리학

궤도운동(orbital motion)은 물체에 작용하는 힘이 주로 중력일 때 일어난다. 궤도에 있는 것은 단지 행성들이나 우주선이 아니다. 우주 왕복선에서 유영을 하는 각 우주 비행사들도 지구 주위의 궤도에 있다. 태양 역시 은하의 중심을 2억 년 주기로 도는 궤도운동을 한다. 공기저항을 무시하면 야구공도 잠깐 동안 궤도운동을 한다. 여기서는 특별한 경우인 원 궤도를 정량적으로 다루고 나서 일반적인 경우를 정성적으로 다룬다. Newton의 천재성은 사과를 땅으로 끌어당기는 것과 같은 힘으로 달이 원 궤도를 유지하고 있다는 것을 인지한 데 있다. 거기서부터 인공 물체를 궤도에 진입시킬 수 있다는 것을 아는 것은 Newton은 간단한 것이었다. 첫 번째 인공위성이 쏘아 올려지기 300년 전에 그는 높은 산에..

물리학

Nenton은 중력에 대한 그의 새로운 이해를 일반화시켜 우주에 있는 모든 두 입자는 서로 인력을 미치며 그 크기는 같다는 만유인력 법칙 (the law of universal gravitation)을 제안하였다. 식 설명 (9-1) 여기서 m₁과 m₂에서는 입자들의 질량, r은 그들 사이의 거리 그리고 G는 만유인력 상수(cnstant of universal gravitation)이다. 그 값은―Newton 시대 후에 결정― 6.67X10 -¹¹Nㆍm²/kg² 이다. 상수 G는 실로 보편 상수이다; 관측과 이론에서 이 값은 우주 모든 곳에서 일정하다. 중력이 두 입자 사이에 작용한다. 즉, m₁은 m₂에 인력을 미치고 m₂는 m₁에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 미친다. 따라서 두 힘은 Newton의..

물리학

중력은 자연의 기본적 힘들 중에서 가장 명확하다. 운동 법칙 및 역학 에너지에 대하여 이해하였으니 여기서 중력의 몇 가지 현상을 탐구해 보자. 역사적으로 중력 이론은 머나먼 우주의 본질과 진화에 대한 더욱 명확한 이해하는 데 중요한 역할을 했다. 우주 시대에 이르러 중력에 대한 지식을 태양계에 대한 탐사와 많은 우주 기지를 만드는 기술을 피하는 데 사용해 왔다. 최신의 천체 물리학의 응용을 제외하고는 모두 1600년대 후반에 Issac Newton이 개발한 중력 이론이 아직 사용되고 있다. Newton의 중력이론은 폴란드 천문학자 NicoIaus Copernicus가 1543년에 내 놓은 '행성들은 지구가 아닌 태양을 중심으로 돈다'는 급진적인 제안으로 시작된 두 세기에 걸친 과학혁명의 정점이었다. 그 ..

물리학

책상 위에서 책을 밀어보자. 책이 당신의 손을 반발하는 것을 느낄 것이다(그림 5-17). 맨발로 공을 차면 당신의 발가락은 아프다. 왜 그럴까? 당신이 공에 힘을 가했고, 공도 당신에게 힘을 가했기 때문이다. 또한 노즐에서 뜨거운 기체를 뿜어내는 힘을 작용하고 있는 로켓 엔진을 생각하자. 다른 어떤 일도 일이 난다: 뜨거운 기체가 앞으로 가속되는 힘을 로켓에 작용한다(그림 5-8). 그림 5-8 로켓 엔진의 연소실이 뜨거운 기체에 힘 F₁을 작용하여, 기체는 노즐을 지나서 밖으로 나온다. 반대로 기체는 로켓에 대해서 크기 가 같은 힘 F₂를 주고 따라서 로켓은 전방으로 가속된다. 실험에 의하면, 한 물체가 제2의 물체에 힘을 가하면 제2의 물체도 처음 물체에 힘을 가한다. 이 두 힘은 방향은 반대이나 ..

물리학

우주 왕복선을 타고 있는 우주 비행사는 어떠한가? 그들은 "무중력" 정의에 따르면 아니다. 왕복선 고도에서의 중력 가속도는 지표에서의 값의 93%가량 된다. 그래서 왕복선과 비행사들의 중력 m g는 지구에서의 값과 거의 같다. 그러나 비행사들은 무중력인 것처럼 생각하며 실로 무중력이라 느낀다(그림 5-14). 어떻게 된 일인가? 당신은 케이블이 끊어진 승강기 안에 있어 중력의 가속도 g로 아래로 낙하하고 있다고 상상하자. 다시 말하면, 승강기와 승객이 중력만을 받아 자유낙하(free fall)하고 있다. 들고 있던 책을 놓으면, 책도 가속도 g로 자유 낙하한다. 주위의 그 밖의 모든 것이 자유낙하 한다―그래서 책은 당신에 대해 서 정지하여 있게 된다(그림 5-15a). 손에서 떨어진 책은 낙하하는 것같이..