진공 상태에서 물체가 낙하할 때, 공기 저항이 없다면 어떤 속도로 떨어질까요?

Question

진공 상태에서 물체가 낙하할 때, 공기 저항이 없다면 어떤 속도로 떨어질까요?

우주 공간에서는 중력이 매우 약한데, 진공 상태인 우주에서 물체가 어떻게 운동할까요?

Answer 1

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 모든 물체에 작용하는 중력의 크기(=mg)는 떨어지는 물체의 질량에 비례한다. 하지만, 뉴턴의 운동 제2법칙인 F=ma에 이를 적용하여 보면, mg=ma와 같은 결과가 얻어지므로 물체의 가속도는 a=g로 물체의 질량과는 관계가 없다. 따라서 무거운 물체와 가벼운 물체에 작용하는 중력의 크기는 서로 다르지만, 가속도가 서로 같으므로 동시에 무거운 물체와 가벼운 물체를 떨어뜨리면 같은 속도를 가지고 떨어지게 된다. 물론 이러한 설명은 물체의 모양이나 공기의 저항을 고려하지 않은 진공 중에서의 운동에 적용된다. 건물 옥상에서 돌과 종이를 동시에 떨어뜨리는 경우에 돌이 빨리 떨어지는 이유는 공기에 의한 저항력이 서로 다르기 때문이다.

출처 : 창원대학교 과학영재교육원 - 무거운 물체와 가벼운 물체의 자유 낙하운동

Answer 2

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

공기저항이 없다면 종단속도에 이르지 못하고 계속해서 빨라져 강한 파괴력을 지니게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

진공 상태에서는 공기 저항이 없기 때문에 물체가 중력만을 받아서 자유낙하하게 됩니다. 중력은 물체의 질량에 비례하므로 모든 물체는 동일한 가속도로 떨어지게 됩니다. 이 가속도를 지구에서의 중력가속도로 약 9.8m/s^2로 가정하면, 물체는 초당 약 9.8m/s의 속도로 떨어지게 됩니다. 이것은 공기 저항이 없을 때의 이론적인 속도이며, 실제로는 물체의 형태, 밀도, 속도 등에 따라 다를 수 있습니다.

우주 공간에서는 중력이 매우 약하지만, 물체가 운동하는 원리는 지구 표면에서와 동일합니다. 즉, 우주 공간에서도 물체는 중력에 의해 떨어지며, 속도와 방향은 초기 조건에 따라 결정됩니다

Answer 4

안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.

진공상태에서 떨어지는 속도는 같습니다

공기저항이 없는 환경에서는 물체가 자유낙하할때의 속도는 중력가속도와 시간에만 의존하기 때문에 질량에는 영향을 주지 않습니다