#42 진공과 공기 중에서의 낙하 운동 비교

문제 1 · OX 문제

진공 상태에서는 깃털이 쇠구슬보다 가벼우므로 늦게 떨어진다. ( )

정답: X

진공은 아무런 방해가 없는 텅 빈 댄스장 같아요! 깃털이든 쇠구슬이든 무게와 상관없이 지구 중력만 공평하게 잡아당기니, 두 물체는 똑같은 속도로 사이좋게 바닥에 닿는답니다.

문제 2 · OX 문제

공기 중에서 물체가 떨어질 때, 공기 저항은 운동 방향과 같은 방향으로 작용한다. ( )

정답: X

달리는 기차 밖으로 손을 내밀면 바람이 손을 밀어내는 느낌이죠? 공기 저항은 물체가 떨어지는 길을 방해하는 '심술쟁이' 같은 힘이라, 항상 운동 방향과 정반대 방향에서 꾹꾹 밀어낸답니다.

문제 3 · OX 문제

물체가 가만히 놓여 스스로 아래로 떨어지는 운동을 '자유 낙하'라고 한다. ( )

정답: O

자유 낙하(自由落下)는 한자 뜻 그대로 '스스로(自) 말미암아(由) 떨어지다(落)'라는 뜻이에요! 외부의 억지 힘 없이, 지구 중력이라는 따뜻한 손길만 받으며 자연스럽게 툭 떨어지는 움직임이 바로 자유 낙하랍니다.

문제 4 · 빈칸 채우기

진공에서는 ( )의 방해를 받지 않기 때문에 깃털과 쇠구슬이 동시에 바닥에 떨어진다. (4글자)

정답: 공기저항

공기 중에는 보이지 않는 공기 분자들이 빽빽해서 물체가 떨어질 때마다 '잠깐만!' 하고 잡아당기죠. 하지만 진공은 이 훼방꾼들을 싹 다 비워버린 공간이라, 오직 중력만 작용해 두 물체가 동시에 도착할 수 있답니다.

문제 5 · 빈칸 채우기

공기 저항은 물체의 운동 방향과 ( ) 방향으로 작용하여 물체의 속력을 감소시킨다. (2글자)

정답: 반대

물체가 아래로 떨어지려 할 때, 공기 저항은 위쪽으로 손을 뻗어 '가지 마!'라고 붙잡는 형국이에요. 마치 달려오는 사람의 앞을 가로막는 것과 같죠. 그래서 운동 방향의 정반대에서 힘이 작용해 속력을 야금야금 갉아먹는답니다.

문제 6 · 빈칸 채우기

정지 상태에서 공기 저항 없이 오직 중력만을 받아 아래로 떨어지는 운동을 ( )이라고 한다. (4글자)

정답: 자유낙하

지구가 당기는 힘(중력) 하나만 오롯이 받아 떨어지는 모습, 마치 깃털 하나가 바람에 날리듯 어떤 구속도 받지 않는 모습이죠? 그래서 우리는 이 움직임을 아주 '자유'롭다고 부르며, 한 단어로 '자유낙하'라고 약속했답니다.

문제 7 · 보기 선택

다음 중 진공 상태에서의 낙하 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 깃털과 쇠구슬을 동시에 떨어뜨리면 쇠구슬이 먼저 바닥에 닿는다.
• ㄴ. 물체에 작용하는 힘은 오직 지구 중력뿐이다.
• ㄷ. 물체의 질량이 클수록 속력이 더 빨리 증가한다.
• ㄹ. 공기 저항이라는 방해꾼이 없어서 모든 물체가 똑같이 가속된다.

정답: ㄴ, ㄹ

진공은 마치 아무런 방해꾼이 없는 텅 빈 댄스장 같아요! 깃털이든 쇠구슬이든 무게와 상관없이 지구의 중력만 공평하게 잡아당기니, 두 물체는 약속이라도 한 듯이 똑같은 속도로 사이좋게 바닥에 닿는답니다.

문제 8 · 보기 선택

다음 중 공기 중에서 물체가 떨어질 때의 현상으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 중력은 아래로, 공기 저항은 위로 작용한다.
• ㄴ. 공기 저항은 물체의 속력을 감소시키는 방해꾼이다.
• ㄷ. 모양과 크기가 같다면 깃털과 쇠구슬은 항상 동시에 떨어진다.
• ㄹ. 물체가 빠르게 떨어질수록 공기 저항은 더 세게 작용한다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄹ

공기 저항은 달리는 자동차 창밖으로 손을 내밀 때 느끼는 바람처럼, 물체의 운동을 필사적으로 막아서는 심술쟁이랍니다. 그래서 아래로 향하는 중력과 위로 솟구치려는 공기 저항이 매번 밀당을 하죠.

문제 9 · 보기 선택

다음 중 진공과 공기 중에서의 낙하 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 진공에서는 오직 중력만 작용하지만, 공기 중에서는 중력과 공기 저항이 모두 작용한다.
• ㄴ. 깃털이 쇠구슬보다 늦게 떨어지는 현상은 진공 상태에서만 일어난다.
• ㄷ. 물체가 떨어지는 동안 속력이 일정하게 증가하는 것은 진공 상태의 특징이다.
• ㄹ. 공기 저항은 물체의 운동 방향과 항상 같은 방향으로 작용한다.

정답: ㄱ, ㄷ

진공이라는 무대는 중력이라는 감독님이 시키는 대로만 움직이는 무대라면, 공기 중은 공기 저항이라는 엑스트라가 계속 등장해 연극을 방해하는 무대라고 상상해 보세요!

문제 10 · 보기 선택

다음 중 떨어지는 물체에 작용하는 힘에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 지구가 물체를 잡아당기는 힘이 바로 중력이다.
• ㄴ. 공기 저항은 물체의 표면적과 모양에 영향을 받는다.
• ㄷ. 물체가 바닥에 닿는 순간, 공기 저항은 0이 된다.
• ㄹ. 진공에서든 공기 중에서든 물체에 작용하는 중력의 크기는 같다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄹ

중력은 지구라는 거대한 자석이 물체를 끌어당기는 힘이고, 공기 저항은 물체가 공기를 헤치고 나갈 때 겪는 고난이에요. 이 고난은 물체의 '생김새(표면적)'에 따라 그 정도가 달라지죠.

문제 11 · 객관식

다음 중 '자유 낙하' 운동에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

• ① 공기 저항을 받으며 천천히 떨어지는 운동이다.
• ② 공기 중에서도 깃털과 쇠구슬이 동시에 떨어지는 운동이다.
• ③ 오직 중력만을 받아 정지 상태에서 아래로 떨어지는 운동이다.
• ④ 물체가 스스로의 힘으로 엔진을 가동하여 떨어지는 운동이다.
• ⑤ 공기 저항이 중력보다 커서 물체가 위로 떠오르는 운동이다.

정답: ③

자유 낙하(自由落下)는 '외부의 훼방꾼 없이, 중력이라는 여행 가이드만 따라 스스로(自) 떨어지는(落)' 운동이에요. 아무런 구속 없는 깃털 같은 움직임이죠!

문제 12 · 객관식

깃털을 그냥 떨어뜨릴 때와 둥글게 뭉쳐서 떨어뜨릴 때, 둥글게 뭉친 깃털이 더 빨리 떨어진다. 이 현상을 가장 잘 설명하는 것은?

• ① 둥글게 뭉치면 중력이 더 세게 작용하기 때문이다.
• ② 둥글게 뭉치면 공기 저항을 받는 표면적이 줄어들기 때문이다.
• ③ 둥글게 뭉치면 깃털의 질량이 갑자기 늘어나기 때문이다.
• ④ 둥글게 뭉치면 공기 자체가 깃털을 아래로 밀어주기 때문이다.
• ⑤ 둥글게 뭉치면 진공 상태와 똑같은 환경이 조성되기 때문이다.

정답: ②

넓게 펼쳐진 깃털은 공기라는 파도에 넓게 부딪히지만, 뭉치면 공기를 뚫고 나가는 칼날처럼 모양이 변해서 공기 저항을 덜 받게 돼요. '면적'이 줄어드니 '방해'도 줄어드는 거죠!

문제 13 · 객관식

공기 중에서 낙하하는 물체의 속력 변화를 바르게 설명한 것은?

• ① 속력이 일정하게 증가하다가 멈춘다.
• ② 공기 저항 때문에 진공 상태보다 속력이 더 빠르게 증가한다.
• ③ 속력이 증가할수록 공기 저항도 커져서, 속력 증가율이 점점 줄어든다.
• ④ 공기 저항은 물체의 속력과 아무런 관계가 없다.
• ⑤ 중력이 공기 저항보다 작아지면 물체는 위로 다시 솟구친다.

정답: ③

물체가 빨라질수록 공기 저항이라는 심술쟁이가 더 세게 방해해요. 그래서 처음에는 슉! 하고 빨라지다가, 갈수록 '으으, 힘들어!' 하며 속력 증가가 더뎌지는 것이죠.

문제 14 · 객관식

달 표면에서 깃털과 망치를 동시에 떨어뜨리면 어떤 현상이 벌어질까?

• ① 달에는 공기가 없으므로, 두 물체는 동시에 바닥에 떨어진다.
• ② 달의 중력이 약해서 깃털이 훨씬 먼저 떨어진다.
• ③ 달에는 공기 저항이 커서 깃털이 아주 천천히 떨어진다.
• ④ 망치가 깃털보다 무거우므로 망치가 훨씬 빨리 떨어진다.
• ⑤ 달에서도 공기가 조금은 있어서 깃털이 쇠구슬보다 늦게 떨어진다.

정답: ①

달은 공기가 거의 없는(진공과 비슷한) 환경이에요! 그래서 지구에서 실험할 때 깃털을 애먹이던 '공기 저항'이라는 훼방꾼이 없답니다. 중력만이 정직하게 작용하니 둘은 동시 착륙 성공!

문제 15 · 객관식

다음 중 물체의 낙하 운동에 대한 설명으로 틀린 것은?

• ① 자유 낙하는 공기 저항이 없을 때 일어난다.
• ② 공기 중에서 물체는 속력이 점점 빨라지며 떨어진다.
• ③ 물체의 모양이 복잡할수록 공기 저항을 작게 받는다.
• ④ 낙하하는 물체에 작용하는 중력의 크기는 항상 일정하다.
• ⑤ 진공 상태에서 물체의 속력은 일정한 비율로 증가한다.

정답: ③

물체의 모양이 복잡하고 울퉁불퉁하면, 공기 분자와 부딪히는 곳이 많아져서 공기 저항을 아주 크게 받아요! '복잡할수록 저항을 크게 받는다'가 정답이죠.