같은 위치에서 다른 무게의 쇠구슬을 떨어뜨렸을때 더 무거운 쇠구슬이 더 빨리 떨어지는게 맞나요?

Question

같은 위치에서 다른 무게의 쇠구슬을 떨어뜨렸을때 더 무거운 쇠구슬이 더 빨리 떨어지는게 맞나요?

학교 다닐때 배웠던 것 같은데 기억이 잘 안나네요.

무거우면 무거울수록 더 가속력이 붙어 빨리 떨어질것 같은데 제가 생각하는게 맞나요?

Answer 1

안녕하세요. 서민규 과학전문가입니다.

본 질문은 중력에 의한 자유 낙하운동에 관한것으로

우선 낙하할때의 가속력에 대해서 말씀드리면

가속도 운동이 아닌 동일한 속도로 떨어지는 등가속 직선운동입니다. 그이유 인 즉 지구 중심에 가까울수록 지구가 물체를 잡아당기는 만유인력이 커지는것은 사실입니다.그로인해 , 중력은 일정한 크기의 힘이라고 할 수 없습니다. 그러나 우리가 떨어뜨리는 높이는 지구의 반지름에 비해 이동거리가 매우 짧으므로 중력의 크기 변화를 무시할 수 있음으로 우린 그 변화가 거의 없다고 보고(9.8로 계산) 공기저항 값까지 무시하기에 속도가 변하지 않는 등가속 직선운동이라고 보고 있습니다.

두번째로 더 무거운 무게가 더 빨리 떨어질거 같다는 질문의 답은 아니다 입니다. 중력의 크기는 물체의 질량에 비례합니다.즉, 무거운 물체에 더 큰 중력이 작용하지만 무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어지지는 않습니다.

왜냐하면

운동의 제2법칙, F=ma을 살펴보면, 힘과 질량이 서로 비례하므로 가속도 a는 물체의 질량에 상관없이 일정하게되며. 이렇게 중력에 의한 일정한 가속도를 중력가속도 g라고 . 중력가속도는 위에서 설명한대로 모든 물체에 동일하므로 공기의 저항을 무시할 때, 물체는 질량에 상관없이 같은 높이에서는 동일한 시간으로 떨어진다고 설명 됩니다.

다만 높은곳에 있는 물체의 에너지량으로 볼땐

위치에너지=m(무게)×g(중력가속도) ×h(높이)로 계산됨으로

동일 위치에서 무게가 다른 물체가 떨어질때

바닥에 떨어질때의 그 힘의 크기는 무게가 무거울수록

더 큰 힘을 갖게 되고 그로인해

우리긴 육안으로 보면

떨어지는 속도도 더 빨랐다고 느낄수 있습니다.

도움이 되셨는지요

Answer 2

안녕하세요. 장용석 과학전문가입니다.

무거우면 무거울수록 중력의 힘이 커집니다. 하지만 가속력이 커지는건 아니예요. 모든 물체은 동일함 중력가속도로 낙하합니다.

다만 속도다 빨라지면 공기저항을 받게되어 무거운 물체일수록 높은 속도까지 올라갑니다.

낙하하면서 속도가 빨라지면 중력과 공기저항이 동일해질때까지만 빨라지고 더이상 속도가 증가하지 않습니다. 그 속도를 종단 속도라고 합니다.

스카이다이버는 종단속도가 60km/h정도 입니다.

야구공은 종단속도가 43km/h

골프공은 44km/h

우박은 14km/h

빗방울은 9km/h

가벼울수록 속도가 느린걸 알 수 있습니다.

그런데 일상생활 일반적인 물체를 떨어뜨리는 것은 공기저항이 크지 않아 큰 차이를 느낄수 없습니다.

골프공 야구공 정도가 종단속도까지 올라가려면 아파트 30층 정도 높이(90m)가 되어야 합니다.

Answer 3

안녕하세요. 신정훈 과학전문가입니다.

중력가속도는 어떤 물체에나 동일하게 9.8m/s가 적용되기 때문에 동일한 면적의 물체라면 무게 차이에 상관 없이 동일한 속도로 떨어지게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 이성현 과학전문가입니다.

네 맞습니다.

같은 위치에서 떨어질 경우 중력의 영향을 받게되고 이에 따른 가속력은 무게가 무거울 수록 더 강해지게됩니다.

따라서 가벼운 것보다는 무거운 것이 더 빨리 떨어집니다.

Answer 5

같은 높이에서 다른 무게의 쇠구슬을 떨어뜨렸을 때, 질량이 큰 구슬이 더 빨리 떨어지는 것은 아니다. 모든 물체는 중력 가속도에 영향을 받아 동일한 가속도로 떨어지기 때문이다. 하지만 무게가 무거운 구슬이나 가벼운 구슬이나 떨어지는 동안 중력에 의한 힘은 같지만, 무거운 구슬은 더 큰 운동량을 가지기 때문에 땅에 떨어질 때 더 큰 운동량을 가지게 되고, 땅에 떨어지는 충격도 더 크다.