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농구 개요
농구는 본래 농구 코트에서 하는 실내 경기로 고안된 것이지만, 오늘날에는 거리에 바스켓을 설치해 놓고 게임을 벌이는 '거리 농구'도 크게 유행하고 있다. 도시와 근교 지역에서 인기가 있는 거리 농구는 몇가지 규칙이 변형된 형태로 3명씩의 선수가 반코트로 경기를 한다.
농구 역사
19세기 후반 미국에서는 비, 눈이 오거나 추운 겨울에도 실내에서 즐길 수 있는 스포츠 연구에 골몰하였다. 그리하여 1891년 캐나다 맥길대학교를 졸업한 뒤 미국 매사추세츠주의 YMCA 체육학교 교사로 부임한 캐나다인 제임스 네이스미스 박사가 농구를 고안하였고, 이때 정한 규칙이 현재의 농구의 원형이 되었다. 네이스미스는 뉴잉글랜드 지방에서는 겨울이 길어 야외에서 미식 축구를 할 수 없기 때문에 실내에서 격렬하게 몸을 부딪힐 수 있는 경기를 만들고자 하였다.
처음의 농구는 실내 벽에 빈 복숭아 바구니를 달아 놓고 축구공을 던져 넣었다가 꺼내곤 하는 방식이었다. 인원 제한을 정하지 않아 약100명 가까이 참가하는 경기를 가진 고등학교도 있었으며, 바구니를 걸어놓은 2층에 있던 관객이 골을 방해하는 일도 있었다. 이후 1892년 1월 20일에 한 팀에 9명씩과 전후반 15분씩을 뛰는 농구 경기가 열렸으며, 1904년 제3회 세인트루이스 올림픽 때 미국 선수들에 의해 시범 경기가 펼쳐져 세계적으로 널리 알려지게 되었다. 1936년 제11회 베를린 올림픽에서 정식 종목으로 채택되었으며, 1976년 몬트리올 올림픽 때에는 여자 농구도 정식 종목이 되었다.
농구 역사
약 150년이 지나면서 농구의 규칙은 많은 변화를 겪었는데 가장 큰 변화는 바로 '3점 슛' 룰이다. 19세기에 처음 농구가 고안되었을 때, 농구에는 3점 슛이라는 용어도 없었을 뿐더러 코트 위에 3점 슛 라인이 없었다. 하지만 20세기 초반, 더 변칙적이고 화려한 게임을 위해 NBA는 3점 슛 룰을 도입하였고 지금의 농구가 재탄생하게 되었다. 3점 슛 룰을 도입하고 나서부터 농구에는 턴 어라운드, 스텝 백 쓰리 포인터, 쓰리 포인트 버저 비터 등 더욱 더 많은 기술들이 나오게 되었다.
대한민국에서는 1907년 황성기독교청년회의 초대 총무 질레트가 처음으로 소개하게 된 이래 해를 거듭하면서 발전해 왔다. 1920년 3월 20일에 일본 도쿄에서 처음으로 국제 경기를 치렀다. 한국 내의 농구는 1983년 농구대잔치가 출범하자 크게 인기를 끌며 농구 인구의 저변 확대에 기여하였다. 그러다가 1997년 2월 프로농구가 출범 함으로써 농구 대잔치는 순수 아마추어 경기로 남게 되었다.
농구 기본기와 전술
캐치는 농구의 가장 기본이 되는 기술로, 공의 방향으로 두 손을 내밀어 잡는 순간 끌어당기는 동작으로 공을 잡아야 한다.
패스는 2명 이상의 경기자가 공을 주고 받으며 상대편을 혼란시켜 득점 기회를 노리는 기술이다. 체스트 패스는 패스한 발을 내딛으며 공을 가슴 앞에서 마루와 평형이 되도록 밀어 던진다. 언더핸드 패스는 상대가 접근했을 때, 한 발을 옆으로 옮기면서 허리 아래에서 위로 밀어 올리듯이 던진다. 오버헤드 패스는 공을 머리 위로 들어올리고 한 발을 옆으로 내디디면서 손목의 반동 이용하여 던진다. 숄더 패스는 공을 어깨 위에서 한 손으로 던지는데, 회전시키지 않도록 유의해야 한다. 바운드 패스는 공을 땅 위에 바운드시켜 던져 보낸다. 훅 패스는 한 발로 점프하여 공을 몸 옆에서 들어 머리 위로 옮겨 손목의 스냅을 이용하여 반원을 그리듯이 던진다.
농구 기본기와 전술
드리블은 공을 바닥에 튀기면서 위치를 변화시켜, 혼자서 경기 상황을 유리하게 만드는 기술이다. 패스나 슛이 불가능할 때 주로 실시한다. 높은 드리블은 빠른 공격을 위한 드리블로 스피드가 필요할 때 쓰인다. 상체를 약간 앞으로 굽히고 손가락을 벌려, 달리면서 드리블한다. 낮은 드리블은 수비자가 공을 빼앗으려 할 때, 또는 밀집된 지역 안에서 공을 안전하게 몰고 갈 때 하는 드리블이다.
농구 기본기와 전술
슛은 드리블이나 패스 이후에 바로 득점과 연결시키는 가장 중요한 기술이다. 세트 슛은 몸의 동작을 정지한 채 실시하는 슛이다. 먼 거리에서 두 손으로 하는 '체스트 슛'과 가까운 거리에서 한 손으로 하는 '원핸드 슛'이 있다. 점프 슛은 상대편의 수비를 피하여 높이 뛰어올라 실시하는 슛이다. 러닝 슛은 밀집된 수비 지역을 뚫고 들어가거나, 속공으로 달리면서 한 발로 뛰어올라 실시하는 슛이다. 리바운드 슛은 공이 바스켓에 맞고 되돌아나오는 것을 잡아 다시 실시하는 슛이다. 탭 슛은 손가락 끝으로 퉁겨서 실시하는 슛이다. 레이업 슛은 한 발로 점프했을 때, 반대쪽 손으로 공을 밑에서 받쳐 들고 팔을 완전히 편 자세에서, 몸이 가장 높은 위치에 도달했을 때 바스켓에 밀어넣듯이 실시하는 슛이다. 덩크 슛은 높이 뛰어올라 공을 바스켓보다 높은 위치에서 내리꽂듯이 실시하는 슛이다.
농구 기본기와 전술
풋워크는 발을 놀리는 기술이다. 농구 경기는 진행속도와 공의 이동이 빠른 경기이기 때문에, 빠른 동작과 세밀한 기교가 요구된다. 스타트와 정지는 가장 기본이 되는 동작으로, 항상 몸의 균형을 유지하면서 순간적으로 빠른 스타트와 정지, 또는 방향 전환을 해야한다. 피벗은 한쪽 발 앞부분을 마루에서 떼지 않고 축으로 하여 방향을 전환하는 공격자의 풋워크, 사이드 스텝은 패스를 하거나 드리블로 공격하는 것을 막기 위해 좌우로 이동하며 공격자의 스텝을 막는 수비자의 풋워크이다. 또한 패스를 받는 순간에 밟는 스텝을 캐칭스텝이라하고 어떤 발을 먼저 밟느냐에 따라 축발이 결정된다
가이딩은 공격자의 드리블·패스·슛 등을 직접 방해하는 플레이이다. 리바운드는 공이 바스켓의 언저리에 맞고 되돌아 나오는 것을 높이 뛰어올라 잡아 내는 기술이다. 스탠스는 양쪽 발을 경기하기 알맞도록 벌린 자세를 말하며, 공격·수비 어느 쪽을 막론하고 항상 허리를 약간 구부린 자세가 자유로운 동작을 위한 기본자세라 할 수 있다.
스틸은 상대가 공을가지고 있는 상태에서 가까이다가가서공을 쳐내서 빼았는 기술이다.
주로 더블드리블 상태에 쓰인다.
농구
농구 기본기와 전술
농구의 전술은 크게 공격과 수비로 나눌 수 있다. 공격의 경우, 상대편의 수비 태세에 따라 달라지지만, 일반적으로 지공법과 속공법이 있다.
지공법은 상대편이 완전히 수비 태세를 갖추어 쉽게 바스켓 밑으로 공격할 수 없을 경우에 구사하는 공격법이다. 이때 공격법으로는 컷인 플레이·스크린 플레이·롤링 플레이 등이 있다. 컷인 플레이는 상대편 수비가 적극 수비를 펼 때 옆에 있는 공격자에게 공을 패스하여, 순간적으로 상대를 떼어 놓고 바스켓 쪽으로 뛰어들면서 공을 되받아 공격한다. 스크린 플레이는 2명 이상의 공격자가 협력하여 상대편의 수비를 차단시켜 다른 공격자 1명이 자유롭게 공격할 수 있도록 하는 방법이다. 롤링 플레이는 5명의 경기자가 자기 위치에 관계 없이 자리를 넓게 잡고, 패스와 드리블로 공의 위치를 변화시키는 방법이다.
속공법은 상대가 수비 태세를 갖추기 전에 재빨리 공격하는 방법이다. 인터셉트한 공이나 리바운드 공을 잡았을 때 속공을 시도하는데, 이 경우 자기편의 바스켓 밑의 수비가 튼튼하여야 한다. 자유투를 얻었을 때에도 많이 이루어지는데, 보통 슈팅 가드가 최대한 멀리 나가있으며 포인트가드는 패스를 받아 뿌릴 준비를 한다.
수비를 하는 방법에는 크게 대인 방어와 지역 방어가 있다.
대인 방어(man－to－man defence)는 수비자 전원이 공과 상대편의 움직임을 주시하면서, 각자 한 사람씩 적극적으로 수비한다. 이 전법은 장점도 있지만, 상대편이 재치 있는 스크린 플레이를 하면 상대 선수를 놓치는 결점도 있다.
대인 방어는 코트전체에서 수비를 하는 올 코트 프레싱(all court pressing)과 본인팀의 수비 진영에서만 수비를 하는 하프 코트 프레싱(half court pressing)이 있다.
지역 방어(zone defence)는 공의 위치에 따라 정해진 지역을 수비하는 방법이다. 이 전법은 전체의 움직임이 대체적으로 일정하고 무리가 없기 때문에 속공에 편리하다. 그러나 대인 방어처럼 수비하는 상대가 일정하지 않기 때문에, 상대 선수의 습관이나 특기 등을 알아두어야 한다.
그리고 다이아몬드 앤드 원(diamond and one)과 트라이앵글 투(triangle two) 수비법과 같은 변칙적인 수비법들도 있다.
농구 경기 규칙
이하의 룰은 한국농구연맹(KBL)의 규정에 따른다.
농구에서 필수로 요구하는 장비는 농구공과 코트와 선수 10명이다. 코트의 경우는 양 끝에 바스켓이 달린 장애물이 없는 평평한 직사각형이여야 한다. 정식 경기에서는 시계, 점수표, 점수판, 교체 알림판, 시간 정지와 휘슬 장치 시스템과 같은 많은 장비를 필요로 한다.
농구공은 표면이 오렌지 색으로 되어 있어야 하며, 가죽이나 합성 재질로 된 8~12 조각으로 이어져 있어야 한다. 주입 공기는 아랫면이 1.8m 높이로 코트의 플로어에 떨어뜨렸을 때 볼의 윗면이 1.2~1.4 미터 높이까지 튀어 오르도록 공기를 넣어야 한다. 공의 둘레는 75~76cm, 무게는 600~625g이어야 한다. 여자 경기에서의 둘레는 72.4~73.7cm이고, 무게는 510~567g이어야 한다.
농구 경기 규칙
팀은 2명의 포워드, 1명의 센터, 2명의 가드, 총 5명으로 구성된다. 포워드는 상대편의 바스켓 가까이에 있으면서 주요 공격자 역할을 하므로 슛에 능한 선수를 배치한다. '포워드'는 '파워포워드(PF)와 '스몰포워드(SF)가 있다. '파워포워드(PF)는 보통 힘이 센사람이 맡는다. 센터(C)는 경기를 시작할 때, 코트 중앙의 센터 서클에서 점프 볼을 해야 하므로 흔히 키 큰 선수가 맡는다. '센터'는 바스켓 앞에서 방어를 하기도 한다. 가드는 자기편의 바스켓 가까이에 있으면서 주로 수비에 치중하며, 공격할 때에는 포워드를 돕기도 하고 직접 슛을 넣어 득점하기도 한다. '가드'는 '포인트가드(PG)와 '슈팅가드(SG)가 있다. '포인트가드(PG)는 경기의 상황을 보고 패스를 하기도 하는 팀의 지휘관과 같은 역할이다. '슈팅가드(SG)는 3점 슛을 전문으로 쏘는 선수이다.
프로의 경우 10분씩[FIBA] 또는 12분씩[NBA] 4번 게임을 한다. 작전 시간은 전·후반에 각각 2회, 30초씩 요청할 수 있다.30초가 끝이나면 심판의 휘슬과 함께 선수들이 나가야한다
농구 경기 규칙
경기시간과 마찬가지로 공격할 때 24초의 공격제한시간이 주어진다. 이때 상대팀이 파울을 범했을 경우, 만약 14초를 지났을 경우 14초로 리셋되어 공격을 재진행하고, 14초를 넘기지 않았을 경우, 그 시간에서 계속 공격을 진행한다. 또한 만약 10분의 경기시간이 있는데, 이때 24초를 이미 넘겼을 경우 24초 공격제한시간 없이 경기시간 종료 휘슬이 울릴때까지 공격을 진행하고, 파울을 범했을 경우 시간에 상관없이 계속하여 경기를 진행한다.
경기는 센터 서클에서 양팀 각 1명씩 2명의 선수가 점프 볼을 함으로써 시작된다. 득점은 공을 상대편의 바스켓에 던져 넣었을 때, 필드 골은 2점, 3점 라인 밖에서의 슛은 3점, 프리드로우(자유투)의 경우 1점을 얻게 된다.
규칙을 위반하되 상대와의 신체 접촉이나 경기 정신에 위배되는 행위가 발생했을 때를 파울이라고 하며, 상대방에게 공격권을 넘겨 준다. 프로인 경우 한 팀이 한 피리어드에 각각 5개의 파울을 범하게 되면 6개째부터는 상대방에 프리스로가, 아마추어인 경우 전후반 각각 7개의 파울을 범하게 되면 8개째부터는 상대방에 프리스로가 주어진다. 슛 동작에서의 반칙은 2개의 자유투가 허용된다.
농구 경기 규칙
퍼스널 파울은 푸싱, 홀딩, 차징, 트리핑, 블로킹, 해킹 등을 말한다.
슛 동작에서 파울이 생겼을 때 그 슛이 들어가면 1개의 자유투를 더 주고 그렇지 않으면 2개의 자유투를 준다 (3점 슛일 경우에는 3개).
테크니컬 파울
하프 라인 바이얼레이션：하프 라인을 통과한 후 같은 팀 경기자에 의해 자기 코트로 공이 돌아갈 경우.울은 신체적 접촉이 없이 선수, 코치, 응원자가 경기 정신에 어긋나는 행위를 하였을 경우 상대편 주장이 지명한 선수에게 2개의 자유투를 주고, 공격권도 준다. 인텐셔널 파울은 선수의 행위가 공과 관계 없이 고의적이라고 판단한 퍼스널 파울일 경우로, 상대편에게 2개의 프리스로를 준다.
파울 이외의 규칙 위반에는 상대편에 스로인이 주어진다. 바이얼레이션에는 워킹, 더블 드리블, 하프 라인 바이얼레이션과 라인 크로스, 아웃볼, 키킹, 오버 타임(3초, 8초, 24초) 등이 있다.
농구 농구 용어
더블 드리블(double dribble)
한 번 드리블을 끝낸 다음 잡고 계속하여 드리블 하는것은 반칙.상대팀에게 공격권을 준다.
더블 파울(double foul)
양팀의 경기자가 거의 동시에 퍼스널 파울을 범한 경우.
데드 볼(dead ball)
공이 바스켓에 들어갔을 때 또는 심판의 휘슬로 잠시 경기가 중단된 상태.
도지(dodge)
풋워크를 교묘하게 구사하여 상대편 선수 사이를 빠져나가는 것.
레이업슛(lay up shoot)
골대에 근접한 구역에서 위쪽으로 슛을 하는 것.
루즈 볼(loose ball)
어느 편에도 속하지 않는 공.
맨투맨 디펜스(man to man defense)
대인방어. 즉 각 선수마다 상대편 선수 한 사람씩을 정하여 책임을 지고 수비하는 방법.
멀티플 파울(multiple foul)
한 팀의 선수 두 명 이상이 거의 동시에 범하는 퍼스널 파울.
바이얼레이션(violation)
파울 이외의 규칙 위반. 벌칙으로 상대편에게 공격권을 준다.
농구 농구 용어
백 코트(back court)
엔드 라인에서 중앙선 앞쪽까지의 코트의 절반으로, 수비 팀에 속한 부분.
백패스 룰(back pass rule)
공을 가지고 있는 팀이 프런트 코트로부터 공을 되돌려 보낼 수 없는 규칙.
사이드암 패스(side arm pass)
공을 어깨 옆 위쪽에서 받아 동hd 자세대로 하는 패스.
30초 룰(三十秒 rule)(Thirty second rule)
공을 가진 팀이 30초 이내에 필드 스로를 해야 하는 규칙.
3점 라인(三點 line)(Three point line)
바스켓의 중심점으로부터 반지름 6.25cm인 반원을 양쪽 사이드 라인과 평행하게 엔드 라인까지 연장한 선.
3초 룰(三秒 rule)(Three second rule)
공을 가지고 상대편의 프리스로 라인 안에서 3초 이상 머물지 못하는 규칙. 스리세컨드 룰.
센터 토스(center toss)
경기 시작 때 센터서클에서 양팀 센터 중앙 위로 공을 올려 주는 것.
농구 농구 용어
스크린 플레이(screen play)
상대방이나 자기편 선수를 방패 삼아 상대방의 플레이를 지능적으로 방해하는 플레이.
스톨링(stalling)
득점이 많은 팀이 공을 빙빙 돌려 가며 소극적인 패스로 시간을 끌어 승리하는 전법. 지연 작전.
에어볼(air ball)
슛을 시도했지만 골대의 림에 맞지 않은 경우
컷트(cut)
상대방의 패스를 도중에 가로채는 것.
인 플레이(in play)
경기 규칙에 의하여 플레이되고 있는 일.
점프 볼(jump ball)
게임의 개시 또는 더블 파울일 때, 프리스로가 끝난 후 헬드 볼을 할 때나 공의 소속이 불확실할 때 점프서클 안에서 두 선수가 심판이 올려 준 공을 점프하여 빼앗는 일.
존 디펜스(zone defense)
골인되는 것을 막기 위해 수비 위치를 정해 두는 지역방어.
클린 슛(clean shoot)
던진 공이 링에 닿지 않고 깨끗하게 바스켓 안으로 골인되는 슛.
농구 농구 용어
트래블링(traveling)
공을 가지고 3보 이상 걷는 동작. 워킹 또는 캐링볼이라고도 함.
트리핑(tripping)
다리를 이용하여 상대를 쓰러뜨리는 파울.
포메이션(formation)
안전하고 분명하게 공격하기 위하여 동료 선수 및 공의 움직임을 합리적으로 조직한 전법.
포스트 플레이(post play)
프리스로 라인 주변에 배치한 장신선수를 중심으로 하는 공격법.
프런트 코트(front court)
상대팀의 바스켓 뒤쪽 엔드 라인에서 센터 라인에 가까운 쪽 코트 부분.
피벗(pivot)
한 발을 붙이고 다른 발로 상대의 수비를 피해 회전하거나 방향을 바꾸는 동작.
헬드 볼(held ball)
양 팀의 선수가 동시에 공을 잡았을 경우나 공격자가 상대방의 근접 마크로 인해 플레이를 하려는 뚜렷한 동작 없이 5초가 지났을 경우. 이때 심판은 점프 볼을 선언한다.
열역학
열역학(熱力學, thermodynamics)은 에너지, 열, 일, 엔트로피와 과정의 자발성을 다루는 물리학의 분야다. 통계 역학과 밀접한 관계를 가지며, 그로부터 수많은 열역학 관계식을 유도할 수 있다.
물질이나 에너지를 서로 교환하는 여러 물리계 사이의 열역학적 과정을 다룰 때, 고전 열역학은 그 과정이 완료되는 시간이나 그 과정이 얼마나 빨리 일어나는지에 대해서는 관심을 갖지 않는다. "열역학"이라는 용어 대신 평형 열역학이란 용어를 사용하며, 준정적 과정(quasi-static process)이라는 개념이 매우 중요하다. 준정적 과정은 "매우 천천히 변하여" 각 순간마다 "평형상태"로 간주할 수 있는 이상적인 과정을 말한다. 비평형 열역학(non-equilibrium thermodynamics)에서 시간에 따라 변화하는 열역학적 과정을 연구한다.
열역학
열역학 법칙은 매우 일반적인 법칙으로, 관찰하는 대상이나 물질 사이의 상호작용에 상관없이 항상 성립하는 법칙이다. 즉, 관찰하고자 하는 계와 이를 둘러싼 환경 사이에 에너지와 물질 교환이 평형을 이룬다는 사실만 확인되면 항상 적용할 수 있다. 이것에 대한 예로 20세기 초 알베르트 아인슈타인이 예측한 자발 방출(spontaneous emission)과 현재 연구 중인 블랙홀 열역학이 있다.
열역학 열역학의 역사
열역학의 역사는 열과 에너지에 관한 정의라 해도 무관하다. 1789년, 벤자민 럼포드에 의해 열을 물질의 일종이라 간주했던 열소이론이 깨지면서 열역학의 역사가 시작되었다. 1801년 존 돌턴은 모든 기체는 온도의 증가에 따라 그 부피가 균일하게 증가한다는 사실을 발견했다. 1808년 게이뤼삭은 모든 기체의 부피가 0으로되는 온도를 외삽에 의해 예측할 수 있게 하였고, -273°C를 절대온도 0이라고 하였다. 1824년 니콜라 레오나르 사디 카르노가 카르노 사이클을 만들었고, 1849년 켈빈 경에 의해 타당성이 입증되었다. 1850년 루돌프 클라우지우스는 열역학 제 2법칙을 정의했다. 또한 몇 달 뒤에 열역학 제 1법칙도 정의했다. 1873년 반데르발스가 상태방정식을 고안했다. 1878년 조시아 깁스는 깁스에너지와 상률의 개념을 도입했다. 1886년 라울은 프랑코 라울의 법칙을 발표하였고, 1901년 길버트 루이스는 퓨개시티와 활동도의 개념을 도입했다. 1949년 레들리히와 쾅은 상태방정식을 실제기체에 맞게 수정하였고, 1955년 케네스 피쳐는 비중심 인자의 개념을 도입하였다. 흔히 여기까지의 역사를 고전열역학의 범주로 불린다.
열역학 열역학 변수
일반적인 계의 형태나 계가 만족해야 하는 조건에 따라 계의 상태를 기술하기 위한 변수를 다르게 사용한다. 일반적으로 많이 사용하는 변수는 다음과 같다.
역학적 변수:
압력 : 
비부피 :  (또는 부피 : )
통계적 변수:
온도 : 
엔트로피 :
계를 구성하는 입자의 수가 일정하지 않은 열린 계(open system)에서는 다음과 같은 두 가지 변수를 더 생각한다.
계의 입자 수 
화학 퍼텐셜(chemical potential)
위에 열거된 역학적 변수들은 근본적인 고전 물리학 혹은 양자 물리학으로 기술할 수 있지만, 통계적인 변수는 오로지 통계 역학으로만 이해할 수 있다. 열역학이 적용되는 대부분의 경우에, 하나 이상의 열역학 변수는 변하지 않는 상수로 간주되고, 나머지 변수들만 변하게 된다. 수학적으로, 이것은 계의 상태를 n-차원 공간의 한 점으로 대응시켜 기술할 수 있다. 여기서 n은 상수가 아닌 변수의 개수이다. 통계 역학을 고전 물리학이나 양자 물리학과 결합하여, 이들 변수들 사이의 관계식을 나타내는 상태 방정식을 유도할 수 있다. 가장 간단하고 가장 중요한 상태 방정식은 바로 이상 기체의 상태 방정식이다.
열역학 열역학 변수
여기서 은 기체 상수다. 혹은 다음과 같이 기술하기도 한다.
여기서 는 볼츠만 상수로, 온도와 에너지 사이의 관계를 나타내는 기본 물리 상수다. 기체상수는 볼츠만 상수를 몰로 나타낸 것이다.
열역학 열역학 퍼텐셜
물리계의 열역학 변수는 다음과 같이 정의된 4가지 열역학 퍼텐셜로 정의할 수 있다.
내부 에너지(internal energy) U : dU = TdS - pdV
헬름홀츠 자유 에너지 A : dA = -SdT - pdV
기브스 자유 에너지 G : dG = -SdT + Vdp
엔탈피 H : dH = TdS + Vdp
위에 열거된 열역학 퍼텐셜들은 서로 무관한 양이 아니고 적절한 관계를 가지고 있다. 위의 열역학 퍼텐셜의 미분형을 합성함수의 미분을 사용하여
아래와 같은 관계식을 찾을 수 있다.
위에 열거한 열역학 퍼텐셜과 열역학 변수 사이 관계식은 계에 상관없이 성립한다; 이 관계식은 계의 구성요소간 상호작용에 무관하게 통계 역학으로부터 자연스럽게 얻을 수 있는 일반적인 관계식이다. 하지만 계의 구성요소 사이의 상호작용이나, 양자역학적인 에너지 준위와 에너지 준위의 축퇴도(degeneracy), 혹은 계의 분배함수를 모른다면, 위 네 가지 열역학 퍼텐셜은 계의 열역학 변수로만으로 완전히 표현할 수는 없다. 하지만 일단 열역학 퍼텐셜 중 하나가 열역학 변수로 완전히 결정된다면, 나머지 세 열역학 퍼텐셜은 위 관계식을 사용하여 쉽게 얻을 수 있다.
열역학 열역학 계
열역학 계란 우주 전체 중에서 우리가 관심있는 일부를 말한다. 우주 전체 중에서 우리가 관심갖는 계를 제외한 나머지 우주를 흔히 환경 또는 열원라고 부른다. 환경과 계 사이에 실제 경계 혹은 가상적인 경계가 존재하여 이 둘을 분리할 수 있다. 이 경계의 특성에 따라 환경과 계 사이에 에너지만 이동할 수도 있고, 물질이나 엔트로피도 이동할 수 있다. 따라서 이 경계의 특성에 따라 열역학 계를 분류한다.
계와 환경 사이의 에너지, 물질, 엔트로피 교환형태에 따라 다음과 같이 열역학 계를 3가지로 분류한다.
열역학 열역학 계
고립계: 환경과 열, 물질, 일 모두 교환하지 않는 계이다. 이 말은 수학적으로 를 의미하며, 따라서 를 의미한다. 고립계의 예로, 외부와 완전히 격리된 기체 실린더를 예를 들 수 있다.
닫힌계(closed system): 환경과 에너지(열과 일)는 교환하지만 물질은 교환하지 않는 계를 말한다. 일반적으로 닫힌계에서는 오직 이다. 예를 들어, 온실은 온실 외부(환경)과 열을 교환하지만 물질을 교환하지 않으므로 닫힌계로 간주할 수 있다. 계가 열을 교환하든지 혹은 일을 교환하든지 혹은 둘 다 교환하든지, 이런 특성은 경계의 성질로 이해하여 다음과 같은 경계를 정의한다.
단열 경계(adiabatic boundary): 열교환이 일어나지 않는다, 
단단한 경계(rigid boundary): 일 교환이 일어나지 않는다, 
열린 계(open system) : 에너지(열과 일), 물질 모두 환경과 교환하는 계이다. 이런 경계는 투과성 있는(permeable) 경계라 한다. 바다는 열린 계로 간주할 수 있다.
현실적으로 환경으로부터 완전히 분리된 엄밀한 고립계는 존재할 수 없다. 왜냐하면 아무리 환경과 계 사이의 결합을 제거하더라도 중력은 제거할 수 없기 때문이다. 정상상태의 계에서 빠져나가는 에너지와 들어오는 에너지는 같다.  보관됨 2005-06-04 - 웨이백 머신
주어진 일련의 조건 하에서 평형상태의 계는 정의된 상태(definite state)라고 한다. 계의 상태는 여러 세기 변수(intensive variables)와 크기 변수(extensive variables)로 기술된다. 계의 특성은 이 변수들 사이의 관계를 정해주는 상태 방정식(equation of state)로 기술된다.
열역학 열역학 법칙
열역학에는 네 가지의 근본적인 법칙이 있다. 이 사법칙은 여러 가지의 서로 동등한 방법으로 기술할 수 있다.
열역학 제 0 법칙에 따르면, 만약 계 A와 계 B가 접촉하여 열역학적 평형상태를 이루고 있고 계 B와 계 C가 접촉하여 열역학적 평형상태를 이루고 있다면, 계 A와 계 C가 접촉하여도 열역학적 평형을 이룬다. 두 계가 접촉하였을 때 열역학적 평형을 이루지 못한다면, 두 계 사이에 에너지나 물질의 알짜이동이 있다. 서로 열역학적 평형을 이루고 있는 두 계는 나중에 다시 접촉하였을 때도 평형을 이룬다.
열역학 제0법칙은 열역학의 근본적인 개념이지만, 이것을 법칙으로 진술하게 된 것은 놀랍게도 열역학의 많은 부분이 완성된 후인 1930년대이다. 이미 열역학 1, 2, 3법칙이 확립되었기 때문에, 열역학의 가장 근본적인 이 개념은 자연스럽게 0법칙의 지위를 얻게 되었다. 여전히 열역학 제0법칙의 지위에 대한 논의가 이루어지고 있다.
열역학적 평형은 열적 평형(열교환과 온도와 관계)과 역학적 평형(일교환과 압력 같은 일반화된 힘과 관계)과 화학적 평형(물질교환과 화학퍼텐셜과 관계)을 포함한다.
열역학 열역학 법칙
요약: A와 B가 열평형을 이루고 있고, B와 C가 열평형을 이루고 있다면, A와 C도 서로 열평형을 이룬다.
열역학 제 1 법칙에 따르면, 단열 과정에서 일교환은 과정(process)의 구체적인 형태에 상관없이 초기 상태와 최종 상태에만 관계한다. 단열과정에서는 열이동이 없기 때문에, 이것은 에너지 보존 법칙과 동등한 진술이다. 이 법칙은 단열과정하에서 계의 에너지 이동은 계가 한 일 혹은 계에 한 일밖에 없음을 의미한다.
이는 수학적으로 다음과 같이 표현된다.
여기서 U는 계의 내부 에너지, q는 계로 흘러들어간 열에너지, w는 계가 한 일이다.
고온의 열저장고와 저온의 열저장고를 물체로 연결해놓으면 고온의 열저장고에서 열에너지가 저온의 열저장고로 전도된다. 이러한 전달되는 열에너지를 단위시간당 전달되는 비율을 전도율이라고 한다. 연결된 물체의 면적을 A, 길이를 L이라고 하면
전도율 P = kA(Th-Tc)/L로 나타낼 수 있다(k=열전도도, Th=고온의 열저장고의 온도, Tc=저온의 열저장고의 온도).
열전도도 k는 물체의 고유한 특징으로 상수값을 지닌다. 열에너지를 빨리 전달하는 물질일수록 좋은 열전도체로서 k값이 크다.
열역학 열역학 법칙
요약: 고립계의 에너지총합은 일정하다
열역학 제2법칙에 따르면, "열원(reservoir)으로부터 양의 열에너지를 뽑아서 모두 일로 전환하되, 다른 추가적인 효과를 동반하지 않는 순환과정(cycle)은 존재하지 않는다."(Kelvin-Planck 진술) 다시 말해, 열적으로 고립된 거시계의 엔트로피는 절대 감소하지 않는다(맥스웰의 도깨비 참고). 하지만 미시계에서는 제2법칙이 진술하는 것과 반대로 행동하는 엔트로피의 요동(fluctuation)이 있다(요동 정리(Fluctuation Theorem)). 사실, 가역 동역학(time-reversible dynamics)와 인과율의 공리(Axiom of Causality)로부터 요동 정리를 수학적으로 증명할 수 있고, 이것이 제2법칙의 증명이 되겠다. 논리적으로 제2법칙은 물리학의 "법칙"이라기 보다, 매우 큰 계 혹은 오랜 시간에 대한 정리일 뿐이다.
열역학 열역학 법칙
요약: 고립계에서의 엔트로피는 절대 감소하지 않는다.
열역학 제3법칙은 통계학상으로 나타나는 자연적인 법칙이며, 절대영도에 다다르는 것의 불가능에 대하여 다룬다. 이 법칙은 엔트로피의 값의 결정에 기준점(절대영도)을 제공해 주는데, 이처럼 절대영도를 기준으로 하여 상대적으로 결정된 엔트로피를 절대 엔트로피라고 한다.
엔트로피는 절대영도에 가까워질수록 변화량이 0에 수렴하며, 절대영도에서 완전한 결정상태의 엔트로피는 0이다. 다만 자연계에서 절대영도는 존재할 수 없고 단지 0으로 수렴할 뿐이다.
'어떠한 계, 혹은 계의 어떠한 상태에서든지, 엔트로피는 절대영도에서 최소이다'라고 표현할 수도 있으며, '유한번의 과정을 통해 절대영도에 도달하는 것은 불가능하다'라는 표현도 사용할 수 있다.
요약: 자연계에서 절대영도는 존재하지 않는다.
열역학 열역학 법칙과 역학
열역학 제1법칙은 고전역학 혹은 양자역학의 법칙만으로 엄밀하게 얻어진다. 요동 정리(fluctuation theorem)로부터 열역학 제2법칙을 역학법칙으로부터 유도할 수 있으나. 거시계나 시간을 무한대로 보내는 극한에서만 성립한다.
열역학 예제
기관이란 열저장고에서 열을 뽑아 일을 수행하는 장치다. 기관의 효율은 열효율로 나타낸다. 열효율은 공급된 열에너지에 대한 일의 비율 (즉 사용한 에너지/얻은 에너지)로 정의한다 열효율이 마찰이나 막흐름 등에 의한 에너지 손실이 하나도 없이 최대가 되는 기관을 카르노 기관이라고 한다. 일반적으로
열효율 = W(일)/얻은 열에너지(Qh) = 1 - Ql(방출한 열에너지)/Qh
인데, 카르노 기관에서는
열효율 = 1 - Tl(저온의 열저장고의 온도)/Th(고온의 열저장고의 온도)
이다. Tl<Th이므로, 카르노 기관의 효율은 100%보다는 낮음을 알 수 있다. 즉, 효율이 100%인 가상의 영구기관은 열역학 제2법칙을 위배하여 실재할 수 없다.
열역학 예제
흑체 복사 문제는 광자의 개수가 보존되지 않기 때문에 대표적인 예제가 될 수 있다. 이렇게 입자수가 보존되지 않는 계는 상전이나 자발대칭파괴가 일어나지 않는다면, 온도만으로 완전히 결정된다. 상전이나 자발대칭파괴가 일어난다면, 상을 구별하기 위해 다른 물리량이 필요하다. (다행히도 흑체 복사 문제에서는 이런 일은 이러나지 않는다.) 내부 에너지가 온도만의 함수이므로, 헬름홀츠 자유 에너지 F = U - TS를 정의해서 사용할 수 있다.
대부분의 "순수한" 비자성물질은 이 범주에 속한다. 이러한 계의 상태는 정렬된 상(ordered phase)에서 상전이나 자발적인 대칭성 파괴가 없다면 온도와 압력만으로 완전히 기술할 수 있다. U와 V(혹은 밀도 ρ)가 T와 P의 함수로 주어진다면, 우리는 헬름홀츠 자유 에너지 F = U - TS와 기브스 자유 에너지 G = U - TS + PV와 엔탈피 H = U + PV를 정의할 수 있다.
원자/분자가 한 종류 이상 있다면, 이 범주에 속한다. 이러한 계의 상태는 온도와 압력, 화학 퍼텐셜로 기술할 수 있다. 여기서도 정렬된 상의 상전이나 자발적인 대칭 파괴가 없을 때만 3가지 양으로 기술할 수 있다.
다루고자 하는 물질이 강자성이나 초전도성을 띠면, 이 범주에 속한다. 이러한 계는 온도와 자기장만으로 완전히 기술된다. 이 경우도 상전이나 자발적인 대칭 파괴가 없을 때이다.
갈릴레오 갈릴레이
갈릴레오 디 빈첸초 보나이우티 데 갈릴레이(Galileo di Vincenzo Bonaiuti de' Galilei, 1564년 2월 15일 ~ 1642년 1월 8일)는 이탈리아의 철학자, 과학자, 물리학자, 천문학자이다. 그는 이탈리아 토스카나 지방의 피사에서 태어났으며 7남매 중 장남이었다. 아버지 빈센초 갈릴레이는 유명한 류트 연주가로, 음악 이론에 관해 중요한 연구를 일부 남겼다. 과학 혁명의 주도자로 요하네스 케플러와 동시대 인물이다. 아리스토텔레스의 이론을 반박했고 교황청을 비롯한 종교계와 대립했다. 업적으로는 망원경을 개량하여 관찰한 것, 운동 법칙을 확립한 것 등이 있으며, 코페르니쿠스의 이론을 옹호하여 태양계의 중심이 지구가 아니라 태양임을 믿었다.(그 당시에는 지구가 중심이라는 것이 진리였다.)
갈릴레오 갈릴레이
그의 연구 성과에 대하여 많은 반대가 있었기 때문에 자진하여 로마 교황청을 방문, 변명했으나 종교 재판에 회부되어 지동설의 포기를 명령받았다. 그러나 〈황금 측량자〉를 저술하여 지동설을 고집하였으며, 〈천문학 대화〉를 검열을 받고 출판했으나 문제가 생겨 로마에 감금되었다가 석방되었다. 갈릴레오는 결국 그의 지동설을 철회하도록 강요받았고, 그의 마지막 생애를 로마교황청의 명령에 따라 가택에서 구류되어 보냈다.
그는 실험적인 검증에 의한 물리를 추구했다. 때문에 근대적인 의미의 물리학의 시작을 대개 갈릴레오의 것으로 본다. 또한, 진리의 추구를 위해 종교와 맞선 과학자의 상징적인 존재로 대중들에게 인식되고 있다. 하지만 그는 종교계와의 대립과는 상관없이 독실한 로마 가톨릭 신자였으며, 그런 대립도 자신의 의도와는 거리가 먼 것이었다.
물리학 입문 과정에서 배우는 등가속 물체의 운동은 운동학으로서 갈릴레오에 의해 연구되었다. 그의 관측적 천문학의 업적은 금성의 위상과, 그를 기리기 위해 갈릴레이 위성이라 불리는 목성의 가장 큰 네 개 위성의 발견, 태양 흑점의 관측과 분석이라 할 수 있다. 갈릴레오는 또한 나침반 디자인의 개량 등 과학과 기술에 기여하였다. 그의 최대 공적은 과학적 연구 방법으로써 보편적 수학적 법칙과 경험적 사실의 수량적 분석을 확립한 점에 있다고 평가되며, '근대 관측천문학의 아버지', '근대 물리학의 아버지', 또는 '근대 과학의 아버지'라 불린다.
갈릴레오 갈릴레이 생애
갈릴레오 갈릴레이란 이름은 갈릴레오 보냐우티(Galileo Bonaiuti, 1370 ~ 1450)라는 15세기의 갈릴레오의 조상의 이름에서부터 나왔다. 저명한 내과의사이자 행정장관이었던 그는, 사회에서 중요한 인물이었던 까닭에 가문에서 그의 명예를 기리기 위해 자신들의 성을 '갈릴레이'로 바꾸기로 결정하게 된다. 당시 갈릴레이가 태어난 피사의 투스카니 지역에서는 맏아들(장자)의 이름을 붙일 때 자신의 성을 변형시켜 붙이는 관습이 있었기 때문에 맏아들이었던 갈릴레오는 부모의 성씨인 빈센치오 갈릴레이(Vincenzo Galilei)의 Galilei를 남자이름 형태인 -o로 변형해 이름으로 받들어 갈릴레오 갈릴레이라는 이름을 가지게 된 것이다. 그런데 이는 약간 아이러니로, 한때 유명했던 갈릴레오 보냐우티가 이제는 이름인 갈릴레오 갈릴레이의 조상으로만 기억되고 있을 뿐이다.
갈릴레오 갈릴레이 수학 연구
갈릴레오는 피사에서 출생하였으며 11세에 피렌체 근처의 발롬브로사(Vallombrosa)에 있는 수도원 학교에 입학하여 인문학을 배웠고, 여기서 아리스토텔레스의 논리학에 불만을 품었다. 아버지 뜻을 따라 의학을 배우고자 피사 대학에 입학하여 공부하다가 진자의 등시성을 발견하고 이것을 이용하여 맥박계를 고안하였다. 피사 대학을 중퇴한 후, 피렌체에서 가정교사를 하면서 수학 연구를 계속하였다. 1589년 피사 대학의 수학 교수가 되었으며, 〈운동에 대하여〉를 저술하였다. 또한 높은 곳에서 무게가 다른 물체를 떨어뜨리는 실험으로 낙체의 속도가 무게에 비례한다는 아리스토텔레스의 이론이 잘못되었음을 증명하였다. 이것이 유명한 '피사의 사탑에서 낙하 실험'이다. 그러나 이 실험은 실제로 한 게 아니다. 이 이야기는 갈릴레이의 전기 작가이자 신봉자인 비비아니가 갈릴레오를 돋보이게 하고자 지어낸 것이라고 한다. 사실 갈릴레오는 논리적인 추론으로 아리스토텔레스의 이론을 반박했다.
갈릴레오 갈릴레이 수학 연구
1609년 망원경을 개량하여 이것을 천체 관측에 응용하여 '목성의 위성', '달의 반점', '태양의 흑점' 등을 발견하여 코페르니쿠스의 지동설이 정당함을 입증하였다. 이듬해 피렌체의 대공인 메디치 가의 코지모 2세의 초청을 받아 피렌체에 부임하여 연구를 계속하였다.
1610년, 갈릴레오는 1월 내내 밤중에 하늘을 관측한 끝에 ‘금성이나 화성이 태양 주위를 도는 것처럼 목성 주위를 배회하는’ 세별이 있다는 결론에 이르게 되었다(나중에 갈릴레이는 이 별의 수가 넷이라고 정정했다.) 이 별들은 목성 주위를 도는 목성의 위성이다. 목성의 위성들에 대한 그의 천체 관측 사항들을 이용해 태양중심설, 즉 당시 지배적이었던 프톨레마이오스와 아리스토텔레스의 이론인 지구중심설에 대항하는 우주에 대한 코페르니쿠스의 이론을 지지하기 위해 책을 펴냈다. 다음해, 갈릴레오는 뛰어난 학자들이 많았던 예수회의 영향력있는 철학자들과 수학자들에게 자신의 망원경의 성능을 증명하고, 그들 스스로의 눈으로 목성의 4개의 위성들과 관련된 사실들을 보도록 하기 위해 로마에 방문했다. 로마에 있는 동안 그는 린체이 아카데미(Accademia dei Lincei)의 회원이 되었다.
갈릴레오 갈릴레이 가톨릭 교회와 대립
1612년에, 갈릴레오가 지지했던, 우주의 태양 중심 이론에 대한 반대가 수면 위로 떠올랐다. 1614년, 산타 마리아 노벨라(Santa Maria Novella)에서 로마 가톨릭 교회 사제 토마소 카치티(Tommaso Caccini, 1574년-1648년)는 지구의 운동에 대한 갈릴레오의 의견을 비난하며, 갈릴레오의 이론들은 위험하며 이단(종교에 거역하는 나쁜 주장) 에 가깝다고 주장했다. 갈릴레오는 이러한 고소들에 대해 스스로를 방어하기 위해 로마로 향했다. 하지만 1616년에 추기경 로베르토 벨라르미노(Roberto Bellarmino)는 갈릴레오에게 개인적인 서신을 보내면서 그가 코페르니쿠스 천문학을 옹호하지도, 가르치지도 말 것을 분부하였다. 1621년과 1622년 사이에 갈릴레오는 1623년에 승인되고 간행된 그의 첫 번째 책 《분석》(Il Saggiatore)을 집필했다. 1630년에 갈릴레오는 1632년에 피렌체에서 인쇄된 《두 가지 주요 세계관에 관한 대화》("Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo")를 출판하기 위한 인가를 받기 위해 로마로 돌아왔다. 그러나 그해 10월에, 그는 로마의 종교재판소에 설 것을 명령받았다. 갈릴레오는 이 책으로 다시 종교재판소에 회부되자 과거 자신의 주장을 "맹세코 포기하며, 저주하고 혐오한다"고 선언하고 겨우 풀려났다.
갈릴레오 갈릴레이 가톨릭 교회와 대립
1633년에 가톨릭 교회의 단죄에 따라, 갈릴레오 갈릴레이는 종신 징역형을 받았으나 감형되어 가택 연금에 처해졌으며, 행동도 제한되었다. 또 그의 모든 저서는 금서 목록에 올랐다. 1634년부터 쭉, 그는 피렌체 근교의 아르체트리에 있는 자신의 별장에 머물렀다. 갈릴레이는 집필에 몰두하여 《두 가지 새로운 과학에 관한 논술》(1638)을 완성했다. 그는 1638년에 완전히 실명했으며, 고통스러운 탈장과 불면증으로 고통받았다. 때문에 그는 의료적인 차원에서 피렌체로 여행하는 것을 허가 받았다. 그는 1642년 발열과 심계 항진을 겪었고 나중에는 실명하기에 이르렀지만 죽을 때까지 계속 손님을 접대했다.
갈릴레오 갈릴레이 가족 관계
갈릴레오 갈릴레이의 아버지 빈센치오(Vincenzio)는 류트 연주가 또는 음악이론가로 이름이 높았다. 빈센치오는 줄리아 암만나티(Giulia Ammannati) 사이에서 3남 4녀를 두었으며 아들 갈릴레오와 미켈란젤로(Michelangelo), 베네데토(Benedetto) 중 막내는 유아 때 사망했다.
갈릴레오는 스스로 가톨릭 사제가 되기를 바랄 정도로 독실한 로마 가톨릭 교회 신자였지만, 베네치아 공화국 시민인 마리나 감바(Marina Gamba)와 피사대학교 수학교수로 일하던 때에 사실혼 관계를 유지하여 혼외자 세 명을 두었다. 큰딸은 1600년생 비르지니아(Virginia), 둘째딸은 1601년생 리비아(Livia), 막내아들은 1606년생 빈센초(Vincenzio)이다.
갈릴레오 갈릴레이 가족 관계
아이들이 혼외자였기 때문에, 그들의 아버지인 갈릴레오는 딸들이 설령 비용이 너무 많이 드는 지원이나 지참금 문제를 일으키지 않더라도 결혼해서는 안된다고 여겼다. 이는 갈릴레오가 이전에 두 자매와 함께 겪었던 재정 문제와 유사한 상황이었을 것으로 추정된다. 갈릴레오의 자녀들이 선택할 수 있는 유일한 가치있는 대안은 교회에서의 신앙 생활이었다. 두 딸들은 모두 아르체트리(Arcetri)의 성 마태오(San Matteo) 수녀원으로 보내졌고, 그곳에서 남은 삶을 보냈다.
큰딸 비르지니아는 수녀원에 들어가 마리아 첼레스테(Maria Celeste)라는 이름을 받았다. 비즈지니아는 1634년 4월 2일에 죽었으며, 갈릴레오와 함께 피렌체의 산타 크로체(Santa Croce) 대성당에 묻혔다. 둘째딸 리비아는 아르찬젤라(Arcangela) 수녀라는 이름을 얻었고, 아픈 상태로 일생 대부분을 보냈다. 빈센초는 후에 적출로 인정되었으며 세스틸리아 보치네르(Sestilia Bocchiner)와 결혼하였다.
갈릴레오 갈릴레이 과학적 모델
갈릴레오는 실험과 수학의 혁신적인 조합을 통해 운동에 관한 과학에 기여를 했다. 당시 더욱 전형적이었던 과학은 자기와 전기에 관한 윌리엄 길버트(William Gilbert)의 성질 연구였다. 류트 연주자이자 음악 이론가였던 갈릴레오의 아버지 빈센초 갈릴레이(Vincenzo Galilei)는 물리학에서 아마도 가장 오래된 비선형 관계로 알려진 팽팽하게 당겨진 줄에서 음색이 장력의 제곱근에 따라 달라진다는 것을 성립함을 보이는 실험을 시행하였다. 이러한 관찰은, 악기 제작자들에게도 잘 알려져있고, 현을 구멍의 번호에 따라 나누면 화음을 제공한다는 사실 또한 포함하는 피타고라스 학파의 음악에 대한 기초에 근거한다. 따라서 제한된 양의 수학만이 음악과 물리학을 연관지어왔고, 젊은 갈릴레오는 그 전통의 확장에 따른 그의 아버지의 관찰을 볼 수 있었다.
철학은 우주라는 드넓은 책에 쓰였다. … 그것은 수학의 언어로 쓰였으며 그것의 문자는 삼각형, 동그라미와 다른 기하학적 수치들이다.— 《분석자》(이탈리아어: Il Saggiatore, 영어: The Assayer)
갈릴레오 갈릴레이 과학적 모델
그의 수학적 분석들은 그가 철학을 공부하면서 배운 스콜라 자연 철학가들에 의해 만들어진 전통을 더욱 발전시킨 것이다. 비록 그는 로마 가톨릭 교회에 충실하고자 했지만, 그의 실험결과에 대한 집착과 결과들에 대한 정직한 해석들은 과학적인 면을 철학 또는 , 종교적인 권위에 대한 충성을 거절하는 것처럼 유도되었다. 하지만 조금 광범위한 관점에서 볼 때, 이는 과학을 철학과 종교로부터 분리시키는 것을 거들었다. 이는 인간의 사고에 주된 발전 중에 하나였다.
그가 살던 시대의 기준으로 볼 때, 갈릴레오는 때로 자신의 관측에 따라 견해를 자주 바꾸는 사람이었다. 과학 철학자 폴 파이어아벤드(Paul Feyerabend) 또한 갈릴레오의 방법론의 부적절한 측면들을 언급했다. 하지만 그는 갈릴레오의 방법들이 자신들의 연구에 의해 소급하여 정당화 될 수 있다고도 언급했다.
갈릴레오 갈릴레이 과학적 모델
파이어아벤드의 주요 저서인 Against Method(1975)는 갈릴레오의 이론을 분석하였으며, 갈릴레오의 천문학적 관측 결과는 그간의 과학적 방법을 전복시키기 위한 파이어아벤드의 주장을 뒷받침하는 데 이용되었다. 파이어아벤드는 "갈릴레오주의자들이 닿기 힘들고, 지지받지 않고, 부분적으로 부인되는 이론들에 만족을 할 때, 아리스토텔레스주의자들은 충분한 경험적 근거들을 요구한다. 이러한 사실 때문에, 갈릴레오주의자들을 비난하지는 않는다. 반면에 나는 닐스 보어의 '그것은 충분히 미치지 않았어'라는 말을 선호한다."라고 쓰고 있다. 실험을 수행했을 때, 서로 다른 실험 장소에서 서로 다른 날에 실행된 실험들이 제 생산 가능한 방식에서 비교될 수 있도록, 갈릴레오는 단위 길이나 단위 시간을 설정했어야만 했다.
갈릴레오 갈릴레이 과학적 모델
갈릴레오는 수학과 이론 물리학 그리고 실험 물리학 사이에 적절한 관계에 대해 뚜렷한 인식을 보여주었다. 그는 포물선을 원뿔꼴의 관점에서, 그리고 좌표 y가 x의 제곱근에 의해 달라진다는 점에서도 바라보았다. 갈릴레오는 더 나아가 마찰과 다른 저항이 없는 상태에서 일정하게 가속된 발사체의 이론적으로 이상적인 궤도가 포물선이라는 점도 내세웠다. 그는 지구와 비교할 수 있는 발사체의 궤도가 포물선일 수는 없다는 이론적 배경에 한계가 있다는 점은 인정했지만, 그럼에도 불구하고 그의 시대에 대포를 통해 포탄이 나갈 수 있는 거리의 범위 안에서 포물선을 통해 얻은 발사체의 궤도와의 차이는 매우 작을 것이라고 했다. 세 번째로 그는 그의 실험 데이터들이 부정확한 측정과, 줄일 수 없는 마찰들, 그리고 다른 요인들 때문에 이론적, 수학적 결과들과 일치하지 않을 것이라는 것을 인식하기도 했다.
스티븐 호킹은 갈릴레오가 누구보다도 현대 과학의 탄생에 책임이 많다고 말했으며, 알베르트 아인슈타인은 그를 현대 과학의 아버지라고 했다.
갈릴레오 갈릴레이 업적
갈릴레오는 정확하지 않은 망원경 서술에 기반하여 1609년에 네덜란드에서 만든 3배율 망원경을 개량하였다. 그리고 그는 훗날 망원경을 개량해 30배율 망원경도 만들었다. 그는 이 발전된 망원경을 통해 더 확대한 올바른 이미지를 지구에서 볼 수 있었다. 이것은 오늘날 소형 망원경과 같은 망원경이다. 그는 망원경으로 하늘을 관찰하였다. 한동안 갈릴레오는 각기 목적에 알맞은 망원경을 제작하는 사람 가운데 한 명이었다. 1609년 8월 25일 그는 첫 망원경을 베네치아 입헌자들에게 설명하였다. 그의 망원경 제작은 망원경이 무역업과 무역과 관련된 여러 일들에 있어서 유용하게 쓰일 수 있다는 것을 알게 된 상인들이 이용적당한 측선을 제작할 수 있도록 하였다. 1610년 3월에 갈릴레오는 '별에서 온 메신저'(Sidereus Nuncius)라는 제목의 소논문에서 그의 초기 망원경을 이용한 천문학적 관측을 발표하였다.
갈릴레오 갈릴레이 업적
1610년 1월 7일에 갈릴레오는 그의 망원경을 이용하여 그가 당시 주장한 세 개 별 모두는 목성에서 일렬로 가장 가까운 거리에 있는 "너무 작아서 거의 볼 수 없는 세 개의 고정된 별들"에 대해 관찰하였다. 그리고 목성과 연관있는 이들 "별들"의 위치는 만약 그 별들이 진짜로 고정된 별들이라면 설명할 수 없는 방법으로 변한다는 것을 다음날의 관측을 통해 알았다. 1월 10일에 갈릴레오는 그 별들 중 하나가 사라졌음을 지적했고, 관측을 통해 갈릴레오는 사라진 별이 목성뒤로 숨은 것으로 여겼다. 그리고 며칠내로 갈릴레오는 그 별들이 목성 주위를 돌고 있다고 결론내렸다. 갈릴레오는 세개의 목성의 4대 위성을 발견하였고, 이는 이오, 유로파, 칼리스토였다. 그는 또 다시 1월13일에 네 번째 위성인 가니메데를 발견하였다. 갈릴레오는 이 4대 위성에 그의 미래의 후원자인 투스카니 공국의 군주 코시모 2세(Cosimo II de' medici)와 그의 세 형제를 기려 이름을 붙였다. 하지만 나중에 천문학자들은 갈릴레오 자신을 기려 갈릴레이 위성이라고 새로 이름을 붙여주었다.
갈릴레오 갈릴레이 업적
작은 행성이 주변을 돌고있는 한 행성의 발견은 모든 천체들은 지구를 중심으로 돌고 있다는 아리스토텔레스적 우주관에 부합하지 않았다. 그리고 많은 천문학자들과 철학자들은 처음에는 갈릴레오가 그런 별들을 관찰할 수 있다는 것을 믿기를 거부하였다.
갈릴레오는 계속해서 18개월에 걸쳐 위성들을 관찰하였고, 1611년 중반에 그는 그 별들의 주기에 대해 놀랄 만큼 정확한 측정-케플러가 불가능하다고 믿어왔던 업적임-을 하였다.
갈릴레오 갈릴레이 업적
1610년 9월부터 갈릴레오는 달의 위상변화-달의 크기가 변하는 모습-과 유사한 금성의 위상을 관찰하였다. 태양계의 태양중심적 모델은 니콜라스 코페르니쿠스에 의해 발전하였다. 코페르니쿠스는 프톨레미의 지구중심적 모델-단지 금성의 초승달과 같은 위상만 관측이 가능하다고 예견한 모델-과는 반대로 금성이 지구와 태양사이에서 태양을 중심으로 공전하고 있다면 태양은 금성에 밝은 반구면을 만들고 이는 금성이 태양의 반대편에 있을 때 관찰이 가능하고, 그리고 금성이 태양의 지구쪽에 있을 때 지구에서 볼 수 없게 되기 때문에 금성의 모든 위상을 관찰할 수 있다고 예견하였다. 반대로 프톨레미의 지구중심적 모델은 단지 금성의 초승달과 같은 위상만 관측이 가능하다고 예견하였다. 갈릴레오의 금성의 위상에 대한 관찰은 금성이 태양 주변을 돌고 있음을 증명하였고, 태양중심적 모델을 지지해 주었다. 그러나 그 사실은 프톨레미적 지구중심적 행성 모델을 반박했기 때문에 갈릴레오의 관측이 매우 기괴한 것으로 여겨졌고, 이는 17세기의 대다수의 과학적 모임이 티코의 모델과 카펠라의 모델과 같은 지구 중심적인 모델로 전환하는 현상을 가져오기도 하였다.
갈릴레오 갈릴레이 업적
갈릴레오는 또한 토성을 관찰하였고, 첫 번째에는 토성의 고리가 세 개의 계로 이루어져 있다고 생각하는 실수를 저질렀다. 그리그 그가 나중에 토성을 관찰하였을 때, 그는 토성의 고리는 지구를 향해 나란히 있었고, 이는 갈릴레오가 두개의 고리가 사라졌다고 생각하게 하였다. 1616년에 다시 토성을 관찰했을 때 그 고리가 다시 나타나서 더욱 그를 혼란스럽게 하였다.