높은 곳에서 떨어지는 물체는 왜 점점 더 빨라질까요? 바로 지구의 중력 때문입니다. 오늘은 중력에 의해 물체가 떨어지는 자유 낙하 운동에 대해 알아보겠습니다.
자유 낙하 운동이란?
자유 낙하 운동은 공기 저항이 없을 때, 물체가 오직 중력만의 영향을 받아 떨어지는 운동입니다. 이때 물체의 속력은 시간이 지남에 따라 점점 증가하게 됩니다.
자유 낙하 실험 예시
사과를 높은 곳에서 떨어뜨렸을 때, 매 0.1초마다의 위치를 관찰하면 시간이 지날수록 이동 거리가 점점 커진다는 것을 알 수 있습니다.
이는 속력이 점점 빨라지고 있다는 의미입니다.
속력 증가와 중력 가속도
자유 낙하에서는 속력이 1초마다 일정하게 증가합니다. 그 증가량은 약 9.8m/s²이며, 이를 중력 가속도라고 부릅니다.
예시 - 속력의 변화
- 0초: 0m/s
- 1초: 9.8m/s
- 2초: 19.6m/s
- 3초: 29.4m/s
속력은 매초 9.8m/s씩 증가하는 선형 그래프로 나타낼 수 있습니다.
중력이 물체에 미치는 힘
중력은 물체의 질량에 비례하여 작용합니다. 이 힘의 크기는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
중력의 크기 (F) = 질량(m) × 중력가속도(g)
즉, F = m × 9.8 (단위: N, 뉴턴)
예시 - 물체가 받는 중력의 크기
- 1kg 물체 → 9.8N
- 2kg 물체 → 19.6N
- 3kg 물체 → 29.4N
즉, 물체의 무게가 클수록 받는 중력도 커집니다. 하지만 자유 낙하 시 속력 증가량은 질량과 관계없이 동일합니다. (다음 시간에 자세히 다룸)
정리
자유 낙하 운동은 중력만 작용할 때 물체가 가속하며 떨어지는 운동입니다. 중력가속도는 9.8m/s²이며, 이로 인해 물체는 1초마다 속력이 9.8씩 증가하게 됩니다. 이 개념은 이후 배우는 중력, 가속도, 힘의 기초가 되므로 반드시 이해하고 넘어가야 합니다.
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