힘의 작용과 운동/낙하 운동

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낙하 운동[+/-]

준비물[+/-]

고무 마개, 유리관, 진공 펌프, 깃털, 쇠구슬, 종이 테이프, 타이머, 추, 스탠드

목표[+/-]

손에 들고 있던 물체를 살며시 놓으면 지구 중력의 작용으로 인해 아래로 떨어진다. 가벼운 물체와 무거운 물체는 어떻게 떨어지는지 알아본다.

실험관찰[+/-]

① 길이 1m 정도인 유리관 속에 쇠구슬과 깃털을 넣고, 관 속의 공기를 그대로 둔 채 재빨리 뒤집어 떨어뜨려 보자. 쇠구슬과 깃털은 어떻게 떨어지는가?② 고무 마개의 콕을 통하여 진공 펌프로 관 속의 공기를 빼내어 진공으로 만든 다음 ①과 같은 실험을 해 보자.③ 그림과 같이 1초마다 테이프에 점을 찍는 타이머에 긴 종이 테이프를 끼우고, 테이프 끝에 추를 매단다. 추를 자유 낙하시키면 테이프가 아래로 풀려 내려오는데, 실험 후 테이프에 찍힌 점 사이의 구간이 2개씩 되도록 잘라 차례로 늘어놓아 보자. 시간과 테이프의 길이는 어떤 관계가 있는가?

결과[+/-]

① 쇠구슬이 깃털보다 빨리 떨어진다. 쇠구슬은 곧바로 떨어지지만 깃털은 천천히 떨어진다.② 쇠구슬과 깃털이 같은 속도로 떨어진다. 위의 두 실험에서 가벼운 물체가 천천히 떨어지는 것은 공기의 저항 때문이며, 진공 중에서는 떨어지는 속도가 그 물체의 무게와는 관계가 없다는 것을 알 수 있다. 빗면을 굴러 내려오는 물체도 공기의 저항만 없다면 무게에 관계없이 같은 속도로 내려오게 된다.③ 테이프의 길이는 시간에 비례한다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면 속도가 일정한 비율로 늘어난다. 이 비율이 가속도인데, 자유 낙하의 경우 가속도는 지구 중력의 가속도 g와 같다.