진공에서는 무거운 물체나 가벼운 물체나 똑같은 속도로 떨어지는 이유가 무엇인가요?

Question

진공에서는 무거운 물체나 가벼운 물체나 똑같은 속도로 떨어지는 이유가 무엇인가요?

무거운 것이 더 빨리 떨어져야 하는 거 아니나요?

그런데 진공에서는 같은 속도로 떨어진다니.. 왜 그런지 궁금하네요

Answer 1

안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.

물체가 낙하할 때 어떠한 저항도 없다면 모든 물체는 중력가속도만 작용하여 낙하합니다. 그렇기 때문에 공기 저항이 없는 진공상태라면 물체의 무게 차이가 있든 없든 같은 크기에 중력가속도로 낙하하는 것입니다. 물체의 자유낙하 속도는 무게와 무관합니다. 해당 물체가 받는 저항과 중력의 크기에 영향을 받습니다.

Answer 2

역학적 에너지의 총량은 일정하므로 1/2mv2 = mgh에서 질량이 각 변에서 사라지므로 낙하하는 물체의 속도는 물체의 질량과는 상관없다는 것을 알 수 있다. 즉 무거운 물체나 가벼운 물체나 낙하 속도는 같기 때문에 두 물체를 떨어뜨리면 동시에 땅에 떨어진다.

Answer 3

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

현실에서는 가벼운 물체는 공기저항을 받아 느리게 떨어지는데

진공은 공기가 없어 공기저항이 없습니다

그래서 무거운물체나 가벼운 물체 둘다 동시에 떨어지는 것 입니다

Answer 4

안녕하세요. 중력이 작용되는 환경에서는 무거운 물체가 빨리 떨어지는 것이 맞습니다. 하지만 진공이라함은 무중력 상태입니다. 중력이 없으니 무게가 의미가 없게 되는 것입니다.

Answer 5

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

공기의 저항이 발생하지 않기 때문입니다.

자유낙하의 공식을 보면 시간과 중력가속도, 떨어진 높이 등이 관여하지만 질량이 관여하지는 않습니다.

그렇기 때문에 진공상태에서는 함께 떨어지는 것입니다.

하지만 공기저항에서는 질량이 관여하며 질량이 가벼울수록 더 늦게 떨어지는 것입니다.

Answer 6

물리의 기본 공식 중 하나인 뉴턴의 운동 법칙은 F = ma => 힘 = 질량 x 가속도 입니다.

중력에 대해서 F = ma = mg가 되고 ma = mg 에서 a = g가 됩니다.

즉, 질량이 무겁더라도 그만큼 무거운 질량 때문에 더 많은 힘이 들게 됩니다.

실제로는 깃털이 가벼워서 공기저항 때문에 늦게 떨어지지만,

공기저항이 없는 진공 속이라면 무겁든 가볍든 똑같이 떨어지게 됩니다.

Answer 7

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

뉴튼의 운동제2법칙을 바르게 표현하면

a = F/m 입니다.

물체의 가속도는 힘에 비례하고, 질량에 반비례한다고 보통 표현하죠..
이말을 조금 더 쉽게 풀어쓰면,

힘은 물체의 운동을 변화시키는 역할을 하고, 질량은 물체의 운동 변화를 방해하는 역할을 합니다. 즉, 질량은 관성의 의미를 포함하고 있는 것입니다.
질량이 크면 힘에 의해 움직이지 않으려고 하는 성질이 커지는 것입니다.

중력장에서 (진공과 무중력과는 아무런 관련이 없기 때문에 진공에서도 물체의 질량에 비례하는 힘(중력)을 받습니다.) 무거운 물체는 당연히 더 큰 힘을 받습니다.
그런데 무거운 물체는 질량도 큽니다. 따라서 물체의 운동을 변화시키려는 힘도 크지만, 움직이지 않으려고 하는 관성을 의미하는 질량도 함께 큽니다.

이를 식으로 표현하면 가속도 (a) = 중력(mg)/ 질량(m) 에서
물체의 질량이 증가하면, 분자와 분모가 동시에 커지게 됩니다. 질량을 삭제하면,
중력이 작용할 때 물체의 가속도 a = g 가 되어 질량에는 전혀 영향을 받지 않게 되는 것입니다.

Answer 8

안녕하세요. 과학전문가입니다.

진공상태에서(공기의 저항이 없을 때)

가벼운 물체는 관성이 작아서 속력의 변화가 잘 일어나므로 엄청 빨리 떨어질거 같지만 그 아래로 향하는 힘인 중력이 역시 가벼운 물체라서 작기 때문에

무거운 물체와 같은 속력으로 떨어집니다.

무거운 물체는 그 정지해 있던 상태를 유지하려는 관성이 큽니다.

따라서 천천히 떨어지려고 하지만 하지만 무거울수록 중력도 크기 때문에 아래에서 당기는 힘이 크므로 가벼운 물체와 같은 속력으로 떨어집니다.

둘 다 떨어지는데 일정하게 속력이 증가하는 운동을 한다->자유낙하운동입니다.

중력이 커진다는 것은 힘차게 아래로 당긴다는 얘기고

가만히 있던 물체에 관성이 크다는 얘기는 잘 안움직이려 하는 것입니다.

공식으로 쓰면 F=ma 라는

질량m 이 클수록 중력F가 커지고, 관성도 커지고 질량m 이 작을수록 중력F도 작아지고, 관성도 작아지고 질량이 어떻든 간에 a 라는 가속도는 같다.

그래서 진공상태에서는 둘다 같은 속력이 일정하게 증가하는 운동으로 (1초에 9.8m/s 의 속력 증가)동시에 떨어지게 되는 것이다.