우리가 운동에 대하여 논의할 때는 운동을 관측하고 측정하는 위치를 명확히 해야만 합니다. 왜냐하면 관측하고 측정하는 위치에 따라 해당 운동이 상대적으로 보이기 때문입니다.
예를 들어 달리는 버스 안의 좌석에서 통로를 따라 1km/h의 속력으로 걷고 있는 사람은 본인은 1km/h로 걸을지라도, 버스 밖의 도로에 대해서는 100km/h로 달릴 수도 있는 것입니다.
즉, 속력은 관측하고 측정하는 위치에 따라서 상대적인 양입니다. 속력은 관측되거나 측정되는 장소와 기준에 따라 변하는데 이 기준이 되는 영역 즉, 기준 틀에 따라 물체의 속력이 달라지게 되는 것입니다.
달리는 트럭에서 던지는 야구공
야구공을 항상 60km/h 로 던질 수 있는 능력있는 친구가 있다고 가정해봅니다. 공기 저항과 다른 작은 물리적 효과들을 무시하면 포수가 받아내는 공의 속력은 60km/h로 고정됩니다.
반면 여러분을 향해 40km/h로 달려오는 트럭에 타고 있는 그 친구가 여러분에게 야구공을 던진다고 가정하면 그 공의 속도는 어떻게 될까요. 40km/h로 던져진 공을 받는 순간 공의 속력은 트럭의 속력이 합해진 100km/h가 될 것입니다. 물론 우리가 똑같이 트럭 위에서 공을 받아내면 60km/h 입니다. 여기서 중요한 것은 위 결과와 같이 속력은 상대적이라는 사실입니다.
반대의 경우는 어떻게 될까요, 이번에는 트럭이 40km/h로 반대방향으로 멀어지고, 그 친구가 다시 우리에게 공을 던진다고 가정해보겠습니다. 이 경우에는 포수용 장갑조차 전혀 필요하지 않을 것입니다. 왜냐하면 공 은 20km/h 밖에 되지 않는 속력으로 날아오기 때문입니다.
야구공과 트럭을 기준으로 간단한 예를 살펴보았습니다. 트럭이 접근하면 공이 빨라지고 트럭이 후퇴하면 공이 느려질 것으로 예상할 수 있기 때문에, 이부분은 일상의 예시를 통해 쉽게 유추해볼 수 있는 결과입니다.
속력이 상대적인 양이라는 개념은 아인슈타인의 시대를 한참이나 앞서 갈릴레오 시대까지도 거슬러 올라갑니다. 아인슈타인은 이 속력의 상대성 개념을 더 넓게 확장시켜 변하지 않을 것처럼 보이는 물리량, 즉 시간과 공간의 상대성까지 적용한 것입니다.