bjiu의 유용한 이야기

뉴턴의 운동법칙 중 제1법칙이 성립되는 좌표계(座標系, inertial frame of reference). 좌표계 자체가 가속운동을 하지 않는 좌표계로 만일 좌표계가 가속운동을 한다면 좌표계 내의 물체는 아무런 힘이 작용하지 않아도 가속되므로 뉴턴 제1법칙, 즉 관성의 법칙에 위배된다. 그러한 좌표계는 비관성 좌표계라고 한다. 즉, 정지 혹은 등속 직선운동을 하고 있다는 뜻이다. 이것은 해당 계에 작용하는 외력(external force)의 합이 0이라는 것을 의미한다. 반대로 말하면, 외력의 합이 0이 아니라는 것은 해당 계에 어떤 힘이 속도에 변화를 일으키고 있다는 뜻이므로, 이 계는 가속 운동을 하고 있다는 뜻이 된다.따라서 관성 좌표계 내부에서 어떤 물체에게 아무런 힘이 작용하지 않는다면 그 물..

물리학에서 사용하는 고전적인 좌표 변환 방법이다.  [의미] 두 관성계 S, S′이 존재하고, S′은 x축 방향으로 S에 대해 속도 v로 운동하고 있다고 하자.이때, 물체의 좌표가 S′에서는 (x′,y′,z′,t′)이고, S에서는 (x,y,z,t)이면, 두 좌표 사이에 다음과 같은 관계가 성립한다.x′=x−vty′=y   z′=z    t′=t [한계 및 의의]맥스웰 방정식과 모순되기 때문에, 후에 로런츠 변환이 등장한 이후 완전히 맞지는 않다는 게 밝혀졌다.  그러나 일상 생활에서 접하는 물체들은 광속보다 한참 느리게 움직이니[1], 물체의 운동을 표현하는 데에는 유용하게 사용된다. 이는 광속에 비해서 한참 느린 일반적인 물체의 운동은 상대성 이론없이 뉴턴의 운동법칙만으로도, 충분히 작은 오차로 설명할..

로런츠 변환(Lorentz transformation)은 네덜란드의 수학자겸 물리학자 헨드릭 안톤 로런츠가 발견한, 전자기학과 고전역학 간의 모순을 해결해 낸 특수상대성이론의 기본을 이루는 변환식이다. 예를 들어, 이 변환식을 사용해서 기준 관성계에 일정한 속도로 운동하는 다른 관성계에서 관찰한 입자의 궤적이 어떻게 되는지를 계산할 수 있다. 로런츠 변환은 고전 역학의 갈릴레이 변환을 대체하는 식이다. 이 변환식은 진공에서의 빛의 속도 c를 계수로 포함한다. c를 무한대로 두면 식은 갈릴레이 변환과 동일하게 된다.  로런츠 변환은 군변환(group transformation)의 일종으로, 한 관성계의 공간, 시간좌표 S를 S에 u의 상대속도로 움직이는 다른 관성계의 좌표 S′의 좌표를 변환한다. 어떤 사..

바퀴에 끈이나 체인 등을 이용해 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 크기를 줄이는 장치로, 지렛대, 쐐기 등과 함께 힘의 전달기구로 쓰이는 도구다. 활차(滑車)라고도 한다. 주로 고정도르래와 움직도르래로 나뉘며, 둘의 힘을 혼합한 복합 도르래도 있다. 각각의 도르래 모두 지렛대와 마찬가지로 물체를 움직이는데 필요한 전체 일의 크기는 변하지 않는다. 필요한 힘이 적어지는 대신 이동하는데 필요한 거리가 늘어나기 때문이다.  [역사]현대적인 크레인이 존재하지 않던 때에 지렛대, 경사로, 목재 골격과 발판 구조 같은 기술과 함께 병용하여 건축물을 짓는 데에 사용하기도 하였다.  [원리]1. 회전하는 바퀴 위의 한 지점의 운동방향은 바퀴의 접선 방향이므로, 도르래 바퀴 위에 로프를 걸치면 힘의 방향을 바꿀 수 있다. 2...

큐비트(영어: qubit)는 양자 컴퓨터로 계산할 때의 기본 단위이다. '양자비트'(영어: quantum bit)라고도 한다. 일반 컴퓨터는 정보를 0과 1의 비트단위로 처리하고 저장하는 반면 양자 컴퓨터는 정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 큐비트 단위로 처리하고 저장한다. [개념]양자 정보의 단위이다. 큐비트의 정보는, 수학적으로는 복소수에 대한 2차원 벡터 공간인 2단계 양자 역학계 안의 상태로 기술된다. 두 개의 바닥 상태(또는 벡터)는 브라-켓 표기법을 사용하여  |0⟩ 와 |1⟩ ("켓 0"과 "켓 1"로 읽음)로 표시한다. 따라서 큐비트는 고전적인 정보 단위인 비트의 양자 역학 판으로 볼 수 있다. 순수 큐비트 상태는 이 두 상태의 선형 양자 중첩이며, 따라서 모든 큐비트는  |0⟩ 과 |..

양자 컴퓨터(quantum computer)는 얽힘(entanglement)이나 중첩(superposition) 같은 양자역학적인 현상을 활용하여 자료를 처리하는 계산 기계이다. 또한 그러한 방법을 '양자 컴퓨팅'(quantum computing)이라고도 한다.양자 컴퓨팅은 컴퓨터 과학, 물리학, 수학의 여러 측면으로 이루어진 종합적 분야로서 양자역학을 활용해 기존의 컴퓨터보다 빠르게 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 고전적인(전통적인) 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정된다. 양자 컴퓨터에서 자료의 양은 큐비트로 측정된다. 양자 계산의 기본적인 원칙은 입자의 양자적 특성이 자료를 나타내고 구조화할 수 있다는 것과 양자적 메카니즘이 고안되어 이러한 자료들에 대한 연산을 수행할 수 있도록 만들어질 수 있다는..

양자역학을 설명하고자 할 때 역사적 흐름에 따라 설명하는 경우가 많다. 양자역학 발전 순서대로 시행 착오를 그대로 되풀이하면서 이론을 이해하는 방식이다. 생소한 개념이 많은 양자역학을 무지에서 시작하는 역사적 흐름을 따라가며 설명하기에 이해가 쉬운 면은 있다. 하지만 양자역학의 계산방법을 익히는 데에 적합하지 않고 체계적이지 않다. 따라서, 보다 체계적인 연역적인 스타일로 설명이 시도되기도 하지만, 양자역학은 여러 사람이 기여한 이론이라서 연역적인 형태로 구성하여 가르치기 어려우며, 양자역학이 필요한 이유나 양자역학 계산 방법이 탄생한 역사적 맥락을 간과하여 물리적 직관을 주지 못한다는 단점이 있다.  어떤 에너지나 물질이 계(system) 내에서 불연속적이라는 주장은 현대물리학 등장 이전에도 있었는데,..

[N형 도핑, P형 도핑] N형 도핑의 목적은 물질에 운반자 역할을 할 전자를 많이 만드는 것이다. 실리콘(Si)의 경우를 생각해보자. Si원자는 원자가 전자 4개를 가지고 있고, 각 원자는 주변의 Si원자 4개와 공유결합을 이루고 있다. 만약 이 Si 원자의 결정구조에 원자가 전자가 5개인 원자(주기율표의 15족에 있는 원자 : 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi))가 들어간다면, 그 추가된 원자는 공유결합 4개를 갖고, 결합하지 않은 전자를 하나 갖게 된다. 이 여분의 전자는 원자에 약하게 구속 돼 있어서 쉽게 전도띠로 올라갈 수 있다. 상온에서, 이런 전자는 사실상 전부 들떠서 전도띠로 올라가게 된다. 이런 전자가 들뜨는 것은 양공을 만들어내지 않기 때문에, N형 도핑을 한 물..

비행기에 작용하는 힘은 모두 네 가지다. 물체를 아래에서 위로 뜨게 하는 힘인 '양력(Lift)', 물체를 뒤로 당기는 힘인 '항력(Drag)', 물체를 앞으로 가게 하는 '추력(Thrust)', 그리고 물체를 지상으로 당기는 '중력(Weight)'이 그것이다. 이 중 물체가 하늘에 뜨게 직접적으로 관여하는 힘은 양력이다. 곧 비행기가 하늘에 뜨게 하려면 양력을 키우면 되는 것이고, 이 힘을 중력보다 크게 만들면 되는 것이다. 우리가 날개를 자세히 살펴보면 비행기 날개는 평평하지가 않다는 것을 알 수 있다. 이를 에어포일(Airfoil)이라 부르는데, 길쭉한 타원형으로 생겼는데 잘 보면 아랫부분과 윗부분 생긴 것이 다르다. 여기에 양력 발생의 기본 원리가 숨겨져 있다.  [베르누이의 정리]전통적으로 이 ..

[트랜지스터의 구성 ]  접합 트랜지스터는 [그림 1]과 같이 구성돼 있다. 얇은 n형 반도체를 p형 반도체 사이에 끼워 넣은 것을 p-n-p형 트랜지스터라고 하며, 얇은 p형 반도체를 n형 반도체 사이에 끼워 넣는 것을 n-p-n형 트랜지스터라고 한다. p와 n, 정공과 전자를 바꿔 놓으면 p-n-p이건, n-p-n이건 트랜지스터로써의 동작은 똑같은 것이 된다. (a)는 p-n-p형 트랜지스터의 모형이고, 양쪽 p형 전극을 붙여, 한쪽을 이미터(Emitter: E), 다른 쪽을 컬렉터(Collector: C)라고 부른다. 그리고 중앙의 얇은 n형은 베이스(Base: B)라고 부른다.  (b)는 n-p-n형의 구성을 나타낸 것이다. 또한 트랜지스터 각 그림 기호의 전극 옆에는 일반적으로 문자 기호 E, ..