상공 8km에서 떨어졌을때 가벼운 물체와 무거운 물체 중 뭐가 먼저 떨어지나요

Question

친구랑 걷다가 문득 궁금해졌습니다. 속도가 같다는 의견도 있었고 무거운것이 먼저 떨어진다는 의견이 많이 나왔는데

물체의 무게는 다르지만 공기에 닿는 표면적이 같은 경우 뭐 이런 경우들도 종합해서 알려주심 감사하겠습니다

Answer 1

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.

따라서 공기저항이 없는 진공이라면 어떤 질량이든 똑같이 떨어지게 됩니다.

상공 8km라면 던져보기 전까지는 무거운게 먼저 떨어질지 가벼운게 먼저 떨어질지 알 수 없습니다.

보통은 가벼운 것이 공기저항에 민감하므로 더 늦게 떨어집니다.

Answer 2

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

진공상태가 아닌이상 표면적이 넓은 물질이 저항을 많이받으므로 느리게떨어집니다.

공기저항이 없으면 동시에 떨어집니다.

감사합니다.

Answer 3

만약 공기의 저항이 없다면 모든 물체는 무게에 상관없이 동시에 떨어지게 됩니다.

모든 물체에 작용하는 중력의 크기(=mg)는 떨어지는 물체의 질량에 비례하는데, 뉴턴의 운동 제2법칙인 F=ma에 이를 적용하여 보면, mg=ma와 같은 결과가 얻어지므로 물체의 가속도는 a=g로 물체의 질량과는 관계가 없으므로 질량으로 인한 효과는 상쇄됩니다.

그러면 공기저항이 있는 실제 실험에서 가벼운 깃털과 동전을 동시에 떨어뜨렸을 때 동전이 먼저 떨어지는 현상은 어떻게 설명할 수 있을까요? 이 질문에 대한 해답은 공기의 저항에 있습니다.

그렇다고 동전은 안 받는 공기의 저항을 깃털만 받는다는 뜻이 아니라 공기의 저항에 대해서 깃털이 더 큰 영향을 받는다는 것입니다. 극단적으로 웬만한 상승기류에 동전이 밀려 올라가는 경우는 없지만 깃털은 쉽게 올라갑니다.

Answer 4

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

모양이 같을 경우에 무거운것이 먼저 떨어집니다. 진공 상태일 경우에는 똑같이 떨어지겠지만, 공기 저항을 고려했을 때에는 가벼운것이 공기저항에 더 잘 반응하고 무거운 것은 공기저항을 무시할 수 있기 때문에, 무거운 것이 더 먼저 떨어집니다.

공기는 작은 입자 알갱이로 생각하시면 됩니다. 무거운 물체는 작은 입자 알갱이가 부딪혀도 잘 움직이지 않으며, 가벼운 물체의 경우에는 작은 입자 알갱이가 부딪히면 무거운 물체보다 잘 움직이기 때문입니다. 이것이 저항으로 작용해 가벼운 물체가 저항에 더 잘 반응하여 낙하 속도가 줄어드는 것이죠.

도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.

Answer 5

안녕하세요. 장용석 과학전문가입니다.

무게와 상관없이 동일하게 떨어지는 것이 갈릴레오 갈릴레이가 실험한 것이죠. 모든 물체는 중력을 받는데 힘의 크기는 다르지만 무게가 무거우면 그만큼 가속하는데 큰 힘이 들어요. 중력은 다르겠지만 중력 가속도는 모든 물체가 동일합니다. 동일한 모양의 물체가 무게만 다를경우 공기저항이 동일 하므로 동일한 가속도로 가속 될 것이고 같은 속도로 낙하하므로 같이 떨어지게 될 것입니다.