뉴턴의 사과는 어떻게 떨어졌는가
-뉴턴의 만유인력과 운동법칙-
1. abstract
이 실험은 지구 중력에 의해 물체가 어떻게 낙하하는지 관찰하고 그 운동을 분석하여 운동법칙을 찾아내는 실험이다. 빛살문 검출기를 사용하여 자유 낙하하는 물체(플라스틱 자)의 속도를 시간의 함수로 구하고, 가속도를 알아내어 작용하는 힘이 일정한 등가속도 운동임을 확인한다. 지면 위에서 낙하하는 물체에 작용하는 힘은 지구와의 중력(만유인력)이므로 중력은 지구(중심)으로부터 물체까지의 거리에 의해서 달라지게 된다. 그러나 대개 실험실에서 취급하는 물체의 크기나 낙하시키는 거리에 비해 지구가 매우 크기 때문에 지구상에서 낙하하는 대부분의 물체의 경우 지구 중심으로부터 물체까지의 거리는 거의 변하지 않는다고 가정한다. 또, 중력 가속도의 이론값과 실험값을 대조해보면서 실험적 오차에 영향을 준 요인을 밝힌다. 그리고 자에 추 또는 헬륨풍선을 달아 같은 실험을 하면서, 가속도와 질량과의 관계를 알아보고 뜰힘(부력)이나 공기 저항의 작용이 미치는 영향에 대해서도 고찰해 본다.
[이론적 배경]
자신 이외의 다른 아무 것에도 영향을 받지 않는 (이를 물리학에서는 고립되었다고 부른다.) 물체는 운동 상태를 보존한다. 즉, 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 등속도로 운동을 계속한다. 자연의 이러한 특성을 관성의 법칙(law of inertia)이라고 하며, 이러한 물체의 성질을 관성(inertia)이라고 부른다. 물체마다 관성의 정도가 다른데 그 정도를 정량적으로 나타낸 것이 질량(mass), 더 정확하게는 관성 질량(inertial mass)이다.
물체의 운동 상태를 변화시킬 수도 있는데 그 요인을 힘(force)이라고 부르며, 운동 상태의 변화는 가속도로 나타낸다. 이 힘(F)과 운동 상태의 변화 즉, 가속도(a) 사이의 관계를 운동법칙(law of motion)이라고 부른다. 이 때 비례상수 m 이 물체의 관성 질량이다.
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2013.07.19
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