1) 실험목적
세상에 존재하는 네 가지 종류의 힘 중의 하나인 만유인력은 뉴턴이 사과나무에서 사과가 떨어지는 것을 보고 생각했다고 한다. 이번 실험은 당시의 뉴턴이 겪었던 것처럼 어떤 물체가 떨어지는 과정을 재현해보고 그 물체의 운동을 분석하여 중력을 확인하고 그 크기를 측정하는 것이다. 운동을 분석하기 위해서 빛살문 검출기와 2cm간격으로 투명한 부분과 검은색으로 칠해진 부분이 번갈아가며 있는 자를 이용해서 자가 2cm를 낙하할 때마다 시간을 재고 그 데이터를 곧바로 컴퓨터로 저장했다. 물체의 운동을 분석하기 위해서 필요한 속도와 가속도는 각각 이동 거리당 걸린 시간 자료를 통해서 알아낼 수 있었다. 한편, 그냥 자를 떨어뜨리는 것뿐만 아니라, 자에 추를 매달아서 실험하여 물체의 질량과 운동의 관계를 분석해봤고, 헬륨을 넣은 풍선과 공기를 넣은 풍선을 매달아서 떨어뜨려서 쓸림힘과 뜰힘이 운동에 미치는 영향을 알아보았다. 이 실험은 사람의 손을 거치지 않았기 때문에 정확히 자를 연직방향으로 떨어뜨렸을 때는 오차가 발생할 가능성을 현저히 줄일 수 있었다.
2) 배경이론
제곱에 반비례하고 두 사과를 떨어뜨리는 힘은 만유인력으로써 그 힘의 크기는 만유인력의 법칙에 따라 거리의 물체의 질량의 곱에 비례한다고 한다.
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이 때, 중력은 지구와 물체 사이에 작용하는 만유인력이므로 두 물체 사이의 거리 r은 지구의 크기가 물체에 비하여 현격히 크기 때문에 물체가 떨어지는 과정에서 나타나는 높이의 변화는 무시할 수 있다.
한편, 뉴턴의 세 가지 운동 법칙 중 제 2법칙에 따르면 시간에 따른 속도(방향을 띤 속력)의 변화율인 가속도(a)는 힘(F)에 비례하고 물체의 질량(m)에 반비례한다.
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2012.02.29
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