2020. 6. 13. 18:34

자유낙하 가상실험 프로그램이다. 아래 링크에서 실험하다 왔겠지? 안 하다 왔으면 아래 링크 눌러서 실험해 보도록 해

http://sciencej.cafe24.com/html5/freefall/freefall.html

자유낙하 운동에 대해 알아볼까?

 

공기저항이 없을때 지구로 떨어지는 물체는 시간에 따른 속력변화가 일정한데 이러한 운동을 자유 낙하 운동이라고 해

위 가상실험에서 확인해 볼 수 있지. 모두 똑같이 떨어지잖아.

 

그런데 무거운것과 가벼운것을 높은 곳에서 떨어 뜨리면 똑같이 떨어진다고?

그건 교과서에나 나오는 이야기이고 실제 떨어뜨려 보면 무거운 것이 먼저 떨어진다.

 

위 가상실험에서 무거운공과 보통공을 떨어 뜨려봐 어떤게 먼저 떨어지는지, 잘 구분이 안된다고? 그럼 깃털과 보통공을 떨어뜨려봐. 물체를 좌우로 움직일 수 있으니까 나란히 놓고 떨어 뜨려도 되고, 아니면 겹쳐놓고 떨어 뜨려도 되.

 

실제로 떨어뜨려 보면 무거운 공이 빨리 떨어진다는 걸 알 수 있단다.

가상실험이 아니라 직접 경험해보고 싶으면 화장지를 하나 꺼내서 책이랑 떨어뜨려 보면 금방 알 수 있어.

그런데 왜 교과서에는 무거운 공이나 가벼운 공이나 똑같이 떨어진다고 말하지?

 

거기에는 조건이 하나 필요하지. 그건 바로 바로 바로 공기의 저항이 없다는 조건이야.

 

가상실험에서 우측 공기저항 옵션에서 진공으로 바꿔 놓고 실험해 보면, 똑같이 떨어지는 걸 알 수 있어. 공기저항이 없으면 물체의 운동은 오로지 중력에 의한 힘만 받게 되거든.

공기가 더 많아지면? 그건 가상실험에서 진공을 끄고, 대기압을 바꿔 보면서 실험해 보면 알 수 있을 거야.

 

그래도 무거운 공은 중력을 크게 받으니까 빨리 떨어질거라 생각되지 않니?

무거운 공이 가벼운 공이랑 똑같이 떨어지는 이유는 무거운공은 질량이 크기 때문에 중력이 커지지만, 무겁기 때문에 움직이기가 쉽지 않다는 거지. 그래서 결국 똑같이 떨어지게 되는 거야.

즉 질량이 2배 큰 걸 똑같이 움직이게 하려면 힘을 2배로 줘야 하겠지. 질량이 2배 커지면 중력도 2배 커진다고 . 그럼 물체의 움직임은? 이전과 같게 된다는 거지

 

무거운 공이라는 것은 사실 가벼운 공 여러개를 뭉쳐 놓은 것과 같지, 축구공 2개를 양손에 잡고 그냥 떨어 뜨려 보고, 그 다음에 축구공 2개를 실로 묶어 놓거나 본드로 붙여 놓고 떨어뜨려 봐도 떨어지는 속력은 변하지 않아.

 

자유낙하 운동은 물체의 질량과 상관이 없이 속력이 빨라지는 정도가 항상 같은 운동을 하게되는 거야. (당연히 공기저항이 없다고 가정해야지)

 

고등학교에서 나오는 문제인데, 공을 같은 높이에서 하나는 그냥 떨어 뜨리고, 하나는 옆으로 힘껏 차면 어떤 공이 먼저 떨어질까? 공기저항을 무시하면 떨어지는 속도는 중력하고만 관계가 있기 때문에 둘다 똑같이 떨어진단다. 위 가상실험에서 보통공과 보통공이동 을 진공에서 동시에 떨어뜨려 보면 알 수 있지.

아래로 떨어지는 공은 오직 중력에 의해서만 결정된다는 것을

 

 

낙하산을 폈을때와 피지 않았을때 떨어지는 속도가 다르다는 건 알고 있겠지? 그런데 만약 공기 저항이 없는 곳이라면 어떨까? 궁금하지 않니?

그래서 가상실험에 사람 모형을 추가해 놓았다. 이것도 공기저항을 바꿔 가면서 실험해 보도록 해

 

모눈종이 1칸이 5m라고 가정하고 시간에 따른 속력 그래프를 한번 그려보면,

자유낙하 운동은 시간에 따라 속력이 일정하게 빨라진다는 것도 알수 있고, 중력가속도도 구할 수 있지.

 

그리고 위 실험에서 설명한 것처럼 자유낙하하는 물체는 질량과 관계없이 속력이 빨라지는 정도가 일정하다는 것도 알 수 있단다.

 

정말로 공기가 없는 진공이라 공기저항이 없다면 똑같이 떨어질까?

BBC에서 실험한 영상이 있네. 이것도 한번 보도록 해.

 

 

 

Posted by 민서아빠(과학사랑)

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