자유낙하: 물질이 낙하하는 속도를 대량으로 변화시키나요?
1 · 예측
같은 높이에서 가벼운 공, 중간 공, 무거운 공을 동시에 떨어뜨립니다. 어느 것이 먼저 땅에 떨어지나요?
- 무거운 공이 더 빨리 떨어지고 먼저 착지합니다.
- 세 개 모두 같은 속도로 떨어지고 함께 착지합니다.
- 가벼운 공이 더 빨리 떨어지고 먼저 착지합니다.
2 · 설정
- free-fall 사전 설정을 엽니다. 크기가 다른 세 개의 공이 같은 높이에 늘어서 있는 것을 볼 수 있습니다.
- 높이 프로브를 중간 공에 부착하고 세 개의 공이 모두 동일한 y-position에서 시작하는지 확인합니다.
- 시뮬레이션을 실행하고 스톱워치/프레임 카운터를 사용하여 각 공이 떨어지는 시간을 측정합니다.
3 · 데이터 수집
| 대량의 (kg) | 경과 시간 (s) | 가을 속도 (m/s) | 기세 (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
세 공 모두에 대해 낙하 속력(y축)을 경과 시간(x축)에 대해 같은 그래프에 그리세요.
4 · 분석
- 동일한 경과 시간에 가벼운 공, 중간 공, 무거운 공의 낙하 속도를 비교합니다. 무엇을 알아차렸나요?
- 데이터를 사용하여 각 공의 가속도(Δ속도/Δ시간)를 계산합니다. g = 9.8m/s²와 어떻게 비교됩니까?
5 · 확장
- 실제 공중에 떨어진 깃털과 볼링공은 함께 떨어지지 않습니다. 이 이상화된 시뮬레이션에서 누락된 어떤 힘이 그러한 차이를 유발합니까?
- 달의 우주비행사들은 망치와 깃털을 떨어뜨리고 함께 착륙했습니다. 실제 물체를 이용한 이 시연을 보기에 달이 지구보다 더 좋은 장소인 이유를 설명하세요.
이 실험의 물리학
기세
주어진 시간에 세 개의 공 모두 동일한 낙하 속도를 공유하더라도 운동량이 질량에 따라 크기 때문에 모멘트가 다릅니다. 이것이 바로 무거운 공이 더 빨리 떨어지지 않음에도 불구하고 충격 시 더 많은 피해를 입히는 이유입니다.