물�� 예비보고서 자유낙폙실험

1. 실험제목
자유 낙하 실험

2. 실험목적
1) 지구 표면에서 자유 낙하하는 물체의 가속도를 측정하여 이론값과 비교한다.

3. 실험이론
1) 자유낙하운동
(1) 중력에 의한 자유낙하운동
지구 중심에 가까울수록 지구가 물체를 잡아당기는 만유인력이 커지므로, 중력은 엄밀히 말해 일정한 크기의 힘이라고 할 수 없다. 하지만 지구 표면 근처에서 물체가 낙하한다면 지구의 반지름에 비해 이동거리가 매우 짧으므로 중력의 크기 변화를 무시할 수 있다. 그러므로 나무에서 떨어지는 사과왿� 같은 물체는 일정한 크기의 중력을 받으며 지면을 향해 떨어진다. 공기저항을 무시하면 물체는 지면을 향해 등가속도 직선운동을 한다.
(2) 중력가속도
중력의 크기는 물체의 질량에 비례한다. 즉, 무거운 물체에 더 큰 중력이 작용한다. 하지만 무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어지지는 않는다. 운동의 제2법칙, F=ma을 살펴보면, 힘과 질량이 서로 비례하므로 가속도 a는 물체의 질량에 상관없이 일정하다. 이렇게 중력에 의한 일정한 가속도를 중력가속도 g라고 한다. 중력가속도는 모든 물체에 동일하므로 공기의 저항을 무시할 때, 물체는 질량에 상관없이 같은 시간 동안 같은 높이를 떨어진다.

4. 실험장비
[사진 1] 포토게이트
[사진 2] 피켓 펜스
[사진 3] 사이언스워크샵 인터페이스

5. 실험방법
피켓 펜스를 떨어뜨려 포토게이트를 지나가게 하여, 피켓 펜스의 낙하 시간을 측정하고 그것을 속도왿� 시간의 그래프로 표현하여 자유낙하의 가속도를 구한다. 피켓 펜스가 떨어지는 동안 연이어 포토게이트를 지나가는 피켓 펜스의 불투명한 띠들이 빔을 차단하는 시간은 점점 짧아진다. 불투명한 띠들 사이의 간격을 빔 차단 시간으로 나누면 하나의 띠에서 다음의 띠가 포토게이트를 지나가는 속력을 알 수 있다. 속도왿� 시간의 그래프에서 기울기는 가속도를 나타낸다.