낙하 시험에서 공기가 없으면 볼링공과 깃털이 동시에 땅에 닿는다고 하는데 이유를 알고 싶어요..

Question

공기가 있는 상태에서 볼링공과 깃털을 동시에 높은 곳에서 떨어뜨리면 볼링공이 먼저닿지만 공기가 없으면 동시에 땅에 닿는다고 하는데 이유를 알고 싶어요..

Answer 1

안녕하세요. 이영훈 과학전문가입니다.

진공 상태에서 물체는 일정한 속도로 낙하하며, 이는 질량과 물체에 작용하는 중력에 의해 결정됩니다. 깃털과 볼링공 모두 중력이 일정하고 질량이 다르기 때문에 각 물체의 종말 속도는 다를 것입니다.

그러나 두 물체가 공기 저항이 없는 진공 상태에서 낙하하기 때문에 두 물체가 각각의 종단 속도에 도달하는 데 동일한 시간이 걸립니다.

따라서 진공 상태에서 깃털과 볼링공은 같은 속도로 떨어지고 동시에 땅에 닿을 것입니다.

지구의 대기에서는 공기 저항이 깃털의 하강에 영향을 미치므로 깃털이 볼링공보다 더 천천히 떨어지고 나중에 땅에 닿게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 신광현 과학전문가입니다.

힘이라는 것은 질량과 가속도에 비례합니다. f=ma

하지만 중력에 영향을 받는다면 힘은 질량과 중력가속도에 비례합니다. f=mg

하지만 여기의 변수는 공기저항력입니다. 공기 중에 볼링공을 떨어뜨린다면 볼링공은 깃털에 비해 공기저항을 덜 받으면서 빨리 떨어지게됩니다. 하지만 무중력인 진공이라고 하면 무게영향을 받지않고 공기저항력도 없습니다. 즉 동일한 값이 된다는 이론이므로 깃털과 볼링공은 동시에 떨어집니다.

Answer 3

안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.

공기가 없다고 가정하면 공기의 저항을 받지 않고

떨어질때의 운동에너지가 같게 시작하게 되기 때문에

낙하속도가 같다고 하는것입니다

Answer 4

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 진공이라면 어떤 질량이든 모두 똑같이 떨어지게 됩니다.