[물리 실험] 낙하운동과 중력가속도 측정

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력 가속도가 일정한 이유에 대해서 생각해 보기로 한다. 지면 위에서 낙하하는 물체에 작용하는 힘은 지구와의 중력(만유인력)이며 중력은 지구(중심)로부터 물체까지의 거리에 의해서 달라질 수 있을 것이다. 그러나 우리가 실험실에서 취급하는 물체의 크기나 낙하시키는 거리에 비해 지구가 매우 크기 때문에 지구상에서 낙하하는 대부분의 물체의 경우 지구중심으로부터 물체까지의 거리는 거의 변하지 않는다고 가정할 수 있다. 따라서 이 실험을 통해서 중력이 거리에 어떻게 의존하는지를 직접 알아내기란 힘들다.
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 10-11 m3/s2kg) 를 만유인력의 상수라고 부른다. 이러한 가정이 성립하는지 여부는 실험에 의해 확인될 수밖에 없으며, 지금까지의 실험실 규모로부터 천체의 운동 등 광대한 범위에 걸친 수많은 관측을 통하여 식(4)의 표현이 (아직까지는) 정확한 것으로 받아들여지고 있다.
이 실험에서 우리는 컴퓨터라는 빠른 눈(?)을 통하여, 떨어지는 피켓펜스의 정해진 길이(일정한 띠무늬 간격)에 대한 시간 t 의 변화를 측정하여 물체의 위치, 속도의 변화를 측정할 수 있다. 가속도가 일정하지 않은 경우에는 무엇이 어떻게 달라질 것인지 생각해 보자. 당신의 실험결과는 (중력)가속도가 일정한 경우와 부합하였는가? 그러한 판단의 근거는 무엇인가? 만약 그렇지 못하다면 그 이유에 대해서도 생각해 보라. 이 값은 모든 물체, 예컨대 다른 질량, 크기 또는 물성에 대해 모두 같은 값을 가지는가?

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