시험입자 문서 원본 보기

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'''시험입자'''(試驗粒子, 테스트 파티클, {{lang|en|test particle}})는 이론물리학에서 그 물리적 성질(예컨대 [[질량]], [[전하]], 크기 등)들 중 연구대상인 성질을 제외한 나머지 것들은 무시할 수 있는 이상적 입자이다. 시험입자 개념은 문제를 단순화하고 물리적 현상에 대한 좋은 근사를 제공한다. 물리적 과정을 [[컴퓨터 시뮬레이션]]할 때도 사용된다.

== 고전역학 ==
시험입자를 적용한 가장 간단한 예는 [[만유인력의 법칙|뉴턴의 만유인력의 법칙]]이다. 어떤 두 질량 <math>m_1</math>과 <math>m_2</math> 사이의 중력은 다음과 같이 표현된다.

: <math>F(r) = -G \frac{m_1 m_2}{(r_1-r_2)^2}</math>

이때 <math>r_1</math>과 <math>r_2</math>는 각 입자의 공간에서의 위치를 나타낸다.

:<math>R = \frac{m_1r_1+m_2r_2}{m_1+m_2}</math><ref name=goldstein>{{서적 인용
| year = 1980
| title = Classical Mechanics, 2nd Ed.
| publisher =Addison-Wesley
| author = [[Herbert Goldstein]]
| page =5
}}
</ref>

두 질량 중 한 쪽이 다른 한 쪽보다 월등히 클 경우(<math>m_1 \gg m_2</math>), 두 질량 중 작은 쪽은 큰 쪽에 의해 생성된 [[고전적 장이론|중력장]] 안에서 움직이게 될 것이라 추측할 수 있다. 큰 쪽은 가속되지 않는다. 중력장은 다음과 같이 정의되고

: <math>g(r) = \frac{Gm_1}{r^2}</math>

이때 <math>r</math>은 두 물체 사이의 거리이다. 작은 질량의 운동방정식은 다음과 같이 제한되어

: <math>a(r) = \frac{F(r)}{m_2} = -g(r)</math>

오로지 하나의 변수 <math>r</math>에 의해 결정된다. 이리 되면 그 해를 보다 쉽게 계산할 수 있다. 이러한 방법은 많은 실용적 문제에서 좋은 근사를 제공한다. 예컨대 [[인공위성]]의 궤도를 계산할 경우, 인공위성의 질량은 지구의 질량과 비교하면 너무 작아서 무시할 수 있다.

== 일반상대론 ==
중력 계량 이론, 특히 [[일반상대론]]에서는 질량이 너무 작아서 주위 [[중력장]]을 눈에 띄게 교란시킬 수 없는 시험입자가 가정된다.

== 플라스마 역학 및 동전기학 ==
[[전자기장]] 시험입자의 가장 중요한 특징은 그 [[전하]]와 [[질량]]이다. 이 상황에서 시험입자는 흔히 '''시험전하'''(test charge)라고 부른다.

전기장은 다음과 같이 정의된다.
: <math> \textbf{E} = k\frac{q}{r^2} \hat{r} </math>

전기장에 시험전하 <math>q_\textrm{test}</math>를 곱하면 전기장이 시험전하에 가하는 전기력을 얻게 된다. 전기력과 전기장이 모두 벡터량임에 주목. 때문에 양의 시험전하는 전기장 방향으로의 힘을 받게 되는 것이다.

[[자기장]]에서는 시험전하의 행동이 [[로런츠 힘]]에 의한 [[특수상대론]] 효과로 결정된다. 이 경우, 양의 시험전하는 당신에게 가까워지는 방향의 자기장에 수직해 움직일 때는 시계 방향으로 휘게 되고, 당신에게서 멀어지는 방향의 자기장에 수직해 움직일때는 반시계 방향으로 휘게 된다.

== 같이 보기 ==
* [[점질량]]
* [[점전하]]

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:일반 상대성이론]]