낙하운동과 중력가속도
1. 실험목적
포토게이트를 통하여 떨어지는 피켓펜스의 낙하시간을 측정함으로서 중력가속도를 측정한다.
2. 이론
1) 중력 가속도는 연직 아래 방향, 즉 지구 중심을 향한다.
2) 중력 가속도는 장소에 따라 약간씩 다르며 평균 9.8m/s2 이다.
3) 지표면에서의 모든 낙하 운동은 등가속도 운동이다.
4) 중력 가속도 g값은 지구 자전에 의한 원심력의 영향과 지구 타원체에 의해 적도 지방이 가장 작고 양극 지방으로 가까이 갈수록 커진다.
5) 중력 가속도 g값은 높이 올라갈수록 작아진다.
뉴턴의 만유인력 법칙에서는 모든 물체사이에는 서로 잡아당기는 인력이 작용하며 그 크기는 물체간 거리의 제곱에 반비례하고, 두 물체의 (중력)질량에 각각 비례한다고 보았다. 즉, 만유인력의 크기는
F = Gm1m2/r2 --------------- (4)
로 쓸 수 있으며, 여기서 비례상수 G(= 6.67 x 10-11m3/s2kg) 를 만유인력의 상수라고 부른다. 이러한 가정이 성립하는지 여부는 실험에 의해 확인될 수 밖에 없으며, 지금까지의 실험실 규모로부터 천체의 운동 등 광대한 범위에 걸친 수많은 관측을 통하여 식(4)의 표현이 (아직까지는) 정확한 것으로 받아들여지고 있다.
이 실험에서와 같이 지표면으로부터 물체까지의 거리가 지구의 반지름에 비해 매우 작은 경우 물체의 운동에 상관없이 식 (4)에서
r = R (R = 6370 km, 지구의 평균 반지름) ---- (5)
으로 쓸 수 있으므로, 식 (1)과 함께 질량이 M( = 5.98 x 1024 kg)인 지구의 중력에 의해서 자유낙하하는 물체의 중력가속도가
g = GM/R2 = 9.8 m/s2 -------------- (6)
으로 물체에 상관없이 일정함을 알 수 있다.
.... |
2012.02.29
5페이지
