운동과 중력의 상관관계는 어떻게 되나요?

Question

운동과 중력의 상관관계는 어떻게 되나요? 중력은 우리의 일상적인 움직임과 운동에 어떤 영향을 주며, 그로 인해 발생하는 힘과 에너지 변화는 어떻게 되는지 알려주세요~

Answer 1

안녕하세요. 김찬우 과학전문가입니다.

지구상의 중력은 모두 연직 아래 방향으로 떨어지고, 질량 1kg당 9.8N이라는 중력의 크기를 갖고 있습니다. 이 힘의 원리로 지구상의 있는 물체는 크게

1. 자유 낙하 운동

2. 수평 방향으로 던진 물체의 운동

3. 지구 주위를 도는 물체의 운동

이렇게 3가지 모습의 운동을 하게 됩니다

자유낙하운동은 물체가 공기 저항을 받지 않고 중력만을 받으면서 수직으로 낙하운동을 말합니다.. 일정한 크기의 중력이 작용하기 때문에 속력이 1초마다 중력 가속도 9.8m/s2 크기만큼 일정하게 증가합니다.

자유낙하운동은 1초마다 중력 가속도 9.8m/s2 이기 때문에 물체가 지표면으로 자유낙하운동을 할 때 나오는 속력은 매초 9.8m/s 만큼 증가하면서 자유낙하 운동을 하게 됩니다.

속력(m/s)=중력가속도(m/s2)x시간(S)

※V=gt(V : 속력, g : 중력가속도, t : 시간)

그 이유는 위의 공식과 그림과 같이 속력은 가속도에 시간을 곱한 값으로 비례관계를 갖기 때문에 초마다 속력의 크기는 커지고 그렇기 때문에 매초 자유낙하할 때마다 일정한 중력 가속도 크기만큼 속도가 증가하기 때문입니다.

자유낙하하는 물체는 질량과 관계없이 매초 속력 9.8m/s 만큼 증가합니다.. 즉, 중력가속도는 물체의 질량과 상관없이 모두 같습니다.

수평 방향으로 던진 물체의 운동은 지표면의 수평 방향으로 던진 물체가 중력에 의해 점점 아래로 떨어지는 운동을 말헙나더. 수평으로 날아가면서 점점 떨어지는 운동이기 때문에 물체는 곡선을 이루면서 지표면으로 떨어지게 됩니다.. 물론 이 운동도 자유낙하 운동과 마찬가지로 공기저항이 없다는 전제로 이루어진 운동을 말합니다.

수평방향의 운동은 물체가 운동을 시작한 후 수평 방향으로 작용하는 물체에 작용하는 힘은 없습니다. 따라서 수평으로는 속력이 일정한 운동 즉, 등속 직선 운동을 합니다. 등속 직선 운동은 물체의 모든 힘의 합이 0일 때 진행되는 운동을 말합니다. 추가로 받는 힘이 없기 때문에 등속 직선 운동은 계속 똑같은 속력을 유지합니다. 등속 직선 운동은 힘의 크기는 없지만 속력이 커짐에 따라 초당 이동하는 거리는 멀어지는 특징이 있습니다.

연직방향의 운동은 물체가 운동을 시작한 후 연직 아래 방향으로 중력만 작용하게 됩니다. 그래서 연직 방향으로는 자유낙하운동을 하게 되어 속력이 시간에 비례해 증가합니다.

지구 주위를 도는 물체의 운동은 수평방향으로 던진 물체의 운동에서 좀 더 확장된 생각에서 등장한 운동인데요 시작은 뉴턴의 사고 실험에서부터 시작하게 되었습니다. 대포를 수평방향으로 발사하면, 당연히 지구의 연직방향으로 떨어지겠지만, 수평방향으로 쏘는 속력을 점점 증가시켜 정말 빠른 속력으로 발사하게 되면 지구는 둥글기 때문에 어느 순간 대포알은 지면에 떨어지지 않고 계속 지구 주위를 돈다는 이론입니다.

이 사고 실험과 같은 원리로 원운동을 하고 있는 게 2가지가 있는데, 바로 달과 인공위성입니다. 인공위성이나 달은 지구의 중력을 받지만 지구로 떨어지지 않고 지구 주위를 계속 원운동을 합니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드리며 도움이 되셨다면 추천과 좋아요 부탁드리겠습니다:)