진공상태에서는 깃털과 볼링공이 동시에 떨어진다는데 왜 그런가요?

Question

진공상태이고 떨어지는 높이가 같을 때

깃털과 볼링공을 동시에 떨어트리면 동시에 바닥에 닿는다고 하는데요

왜 그런건지 궁금합니다.

볼링공이 더 무거우니 더 빨리 떨어저야 하지 않나요...?

Answer 1

안녕하세요. 전진호 과학전문가입니다.

지구의 중력은 모든 물체에 동일한 힘이 적용됩니다. 모든 물제는 지구로부터 동일한 중력가속도 9.8m/S2 의 힘을 받습니다. 볼링공과 깃털에도 동일 중력가속도가 가해지지만 깃털이 늦게 떨어지는것은 공기의 저항을 더 많이 받기때문입니다. 공기의 저항이 없는 진공 상태에서는 같은 속도로 떨어지게됩니다.

Answer 2

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 똑같이 떨어지게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

진공 상태에서는 공기에 의한 저항이 없기 때문에 동일하게 작용하는 중력 가속도에 의해 깃털과 볼링공은 동시에 떨어집니다.

이 상황에서 물체(볼링공, 깃털)에는 중력이 작용 합니다. 중력은 질량과 중력가속도의 곱으로 주어지죠. 그리고 이 중력에의해 자유낙하 운동을 합니다. 자유낙하 운동은 등가속도 운동으로 일정한 가속도가 작용하는데, 이 때 작용하는 가속도는 중력 가속도입니다. 즉, 깃털이나 볼링공에 작용하는 가속도는 중력 가속도(9.8m/s^2)로 동일하게 작용하죠. 그래서 똑같은 속력으로 동시에 떨어지는 것입니다.

그런데, 이 상황에서 깃털과 볼링공의 질량이 다르기 때문에 중력은 볼링공에 더 크게 작용하죠. 하지만 중력가속도는 지구 상에 같은 높이에 있는 모든 물체에 동일합니다.

또한 마찰이 있을 경우에는 깃털에 작용하는 마찰력이 커 운동을 방해해 늦게 떨어지는것이구요.

도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.

Answer 4

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

모든물체에대한 중력가속도는 동일하기때문에 속도가 늘어나는 비율도 같기때문입니다.

감사합니다.