뿌리학습 · 중3 과학탐구 · 운동

무거운 물체가 더 빨리 떨어지나요?

아닙니다. 공기 저항을 무시할 수 있다면 질량과 관계없이 같은 높이에서 동시에 놓은 물체는 바닥에 함께 닿습니다. 자유 낙하하는 물체는 무엇이든 속력이 1초마다 9.8 m/s씩 똑같이 커지기 때문입니다.

가만히 놓은 물체의 자유 낙하(공기 저항 무시)
떨어진 시간	속력	쇠구슬과 나무 구슬
0초	0 m/s	같음
1초	9.8 m/s	같음
2초	19.6 m/s	같음
3초	29.4 m/s	같음

종이는 왜 돌보다 늦게 떨어지나요?

종이가 늦게 떨어지는 것은 가벼워서가 아니라 공기 저항을 크게 받기 때문입니다. 종이 한 장을 펼친 채로 떨어뜨릴 때와 꼭 뭉쳐서 떨어뜨릴 때를 비교하면, 무게는 같은데 뭉친 쪽이 훨씬 빨리 떨어집니다. 모양만 바꿨는데 떨어지는 빠르기가 달라졌다면 차이를 만든 것은 무게가 아니라 공기입니다. 일상의 경험이 틀린 것이 아니라, 공기가 만든 차이를 무게 탓으로 읽은 것입니다.

자유 낙하하는 물체의 속력은 어떻게 변하나요?

자유 낙하하는 물체의 속력은 1초마다 9.8 m/s씩 일정하게 커집니다. 가만히 있다가 떨어지기 시작하면 1초 뒤 9.8 m/s, 2초 뒤 19.6 m/s, 3초 뒤 29.4 m/s가 됩니다. 이 값은 쇠구슬이든 나무 구슬이든 같습니다. 그래서 두 물체의 시간-속력 그래프를 함께 그리면 원점에서 출발해 곧게 올라가는 직선 하나로 겹칩니다.

「공기 저항 무시」 조건은 어떻게 읽나요?

그 조건이 있으면 무게와 상관없이 모든 물체가 똑같이 떨어진다고 읽으면 됩니다. 이 조건을 보고도 경험대로 무거운 쪽을 고르기 쉬운데, 조건을 읽어도 공기가 없는 상황을 실제로 떠올리기는 어렵기 때문입니다. 종이를 뭉쳐 떨어뜨린 장면을 떠올리면 조건의 뜻이 분명해집니다. 답을 고른 뒤에는 무게 때문인지 공기 때문인지를 한 번 더 따져 봅니다.

이 단원 시험에서 묻는 것

학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.

[9과19-02]자유 낙하하는 물체의 운동에서 시간에 따른 속력의 변화가 일정함을 분석할 수 있다.

자주 하는 착각

착각 · 무거운 물체가 먼저 떨어진다.

왜 헷갈릴까 · 종이와 돌을 함께 떨어뜨려 본 경험이 강하게 남아 있기 때문입니다.

바른 설명 · 공기 저항을 무시할 수 있다면 질량과 관계없이 똑같이 떨어집니다. 종이가 늦은 것은 공기 저항 때문입니다.

착각 · 떨어지는 물체는 처음부터 끝까지 같은 속력으로 떨어진다.

왜 헷갈릴까 · 떨어지는 시간이 짧아 속력이 변하는 모습이 눈에 잘 띄지 않기 때문입니다.

바른 설명 · 자유 낙하하는 물체는 1초마다 속력이 9.8 m/s씩 커집니다. 떨어질수록 점점 빨라집니다.

착각 · 시간-속력 그래프에서는 기울기가 속력이다.

왜 헷갈릴까 · 시간-이동 거리 그래프에서 기울기가 속력이었던 기억이 그대로 옮겨 오기 때문입니다.

바른 설명 · 시간-속력 그래프에서는 선의 높이가 속력이고, 기울기는 속력이 변하는 정도입니다.

스스로 확인

공기 저항이 없을 때, 같은 높이에서 동시에 놓은 쇠구슬과 깃털 중 어느 것이 먼저 바닥에 닿을까요?정답 보기

동시에 닿습니다.

공기 저항이 없으면 질량과 관계없이 속력이 1초마다 똑같이 9.8 m/s씩 커지므로 함께 떨어집니다.

가만히 놓은 물체가 자유 낙하한 지 4초 뒤의 속력은 몇 m/s일까요? (공기 저항 무시)정답 보기

39.2 m/s입니다.

속력이 1초마다 9.8 m/s씩 커지므로 9.8 × 4 = 39.2 m/s입니다.

이 단원, 내가 꺼낼 수 있는지 확인해 볼까요?

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