자유낙하운동
틀:15개정 과학 중3 단원 보기
1. 화학반응의 규칙과 에너지 변화
2. 기권과 날씨
3. 운동과 에너지
4. 자극과 반응
5. 생식과 유전
6. 에너지 전환과 보존
7. 별과 우주
8. 과학기술과 인류문명
배우는 이유
| 흥미적
이유 |
이전시간엔 속력이 변하지 않는 운동에 대해 배웠는데, 속력이 변하면 어떻게 될까? 속력의 변화는 어떻게 표현할까?
무거운 물체와 가벼운 물체. 높은 곳에서 던지면 어떤 게 먼저 떨어질까? 출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~)
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|---|---|
| 직업적
이유 |
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| 학문적
이유 |
모든 물체는 한 자리에 있지 않는다. 추진력이나 마찰력을 받아 속도가 커지거나 줄어든다. 이런 속도의 변화를 가속도라고 하는데, 자유낙하운동은 가속도가 일정한, 가장 간단한 가속 운동이다.
이후의 모든 가속운동을 다루기 위한 기초이다. |
| 너희들은? | 공기저항이 있을 때 를 배우기 위해서는 없을 때 부터 배워야 한다고 생각한다.(헐... 어떻게 이런 발상을;;;?!)
우주 관련된 직업 요런쪽은 배우면 좋을것 같다. -> 우주 쪽 뿐만 아니라, 공학 관련 계열이라면 상식. 앞으로 배워나갈 내용에 있어서 필수적인 것은 물론 이러한 내용을 많이 알수록 더 넓은 시야로 더 많은 현상을 관찰할 수 있기 때문입니다. |
도입
수학적인 사고가 필요하기에 많은 사람들이 어려워합니다.
학습
실험영상
| 내용 | 영상 |
|---|---|
| 자유낙하운동의 분석 | https://cls3.edunet.net/play/view.do?e=UZuDR4pf3&n=0 |
| 우주에서 질량이 다른 물체를 동시에 떨어뜨릴 때 | https://cls3.edunet.net/play/view.do?e=oVJ4Y4CYI&n=0 |
수업요약
| 개념 | 설명 |
|---|---|
| 가속도 | 속력이 얼마나 빠르게 변하는지 나타내는 물리량.
속력변화/시간 단위는 등이 쓰인다. |
| 그래프 | 등가속도운동의 그래프는 다음과 같은 형태다.
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| 같은 질량의 무게를 낙하시킬 때 | 물체가 무겁든 가볍든 공기저항이 없다면 가속도는 인데, 이를 중력가속도라 부른다.
질량이 다른 물체가 동시에 떨어질 수 있는 것은, 중력이 질량에 비례하기 때문이다. |
수업 후, 흥미로운 것
시간이 남을 때에만 보세요~(없음)
전개질문
- 떨어뜨린 물체가 가속되는 이유는 무엇인가?
- 질량이 5kg인 물체의 중력의 크기는?(2반 조성민의 문제)
도착질문
- 지구와 달에서 물체의 낙하속력이 다른 이유는 무엇인가?
학생들의 질문
분류하지 않은 질문
| 분류 | 질문 | 대답 |
|---|---|---|
| 개념 | 떨어뜨린 물체가 가속하는 이유는 무엇입니까??? | 중력의 영향으로, 힘을 받아서 가속하는거죠! |
| 자유 낙하 하는 물체는 무게와 상관없이 동시에 지면에 도착하다는데 진공상태에서만 그런것인가요? | 네, 공기저항을 고려하지 않았을 때 그렇죠.
그런데, 일상에서도 쇠구슬 같은 경우처럼 공기저항보다 중력이 압도적으로 클 때엔 질량이 달라도 동시에 지면에 도착하는 것처럼 보입니다~ | |
| 진공이 뭔가요 | 공기가 없는 상태! | |
| 진공 상태에서 무거운 물체, 가벼운 물체를 떨어뜨리면 어떻게 되나요? | 진공상태에서라면 공기저항은 없고 중력의 영향만 있겠죠. 같이 떨어집니다. | |
| 달과 지구의 중력의 크기는 얼마나 차이가 나나요? | 달의 중력이 지구의 1/6 정도에요~ | |
| 달에서는 지구의 무게에 6분에 1밖에 되지 못 한다고 아는데요 그럼 10키로자리를 지구에서 60키로짜리를 달에서 떨어뜨리면 어떤가요? | 달의 무게가 1/6인 게 아니라, 달에서의 중력이 1/6만큼 작은 거죠~ 저렇게 물체를 떨어뜨릴 때 들고 있는 힘은 똑같겠지만, 중력가속도가 달라서 지구에서 더 빨리 떨어지죠~ | |
| 다른 행성에서의 중력도 확인이 되어있나요? | 네. 인터넷 검색하면 금방 나와요~ | |
| 자유낙하운동을 자연에서 볼수있나요 | 완벽한 자유낙하운동은 있을 수 없겠지만, 쇠구슬을 떨어뜨리는 게 자유낙하운동이라 볼 수 있죠. | |
| 무거운 물체는 바로 떨어지는데 왜 휴지는 그렇지 않나요? | 공기저항을 받기 때문이죠~ | |
| 진공 상태면 물체가 떨어지는 속도가 같은데 그럼 달도 진공상태인가요? | 네, 달에서 숨쉬기 가능? | |
| 만약 피아노 만큼 무거운 물체도 공기 저항을 많이 받으면 늦게 떨어지나요? | 당연! | |
| 무거운물체와 가벼운물체가 동시에 떨어지는 이유가 뭔가요? | 무거운 물체일수록 중력을 크게 받는데, 무거울수록 가속시키기가 어렵죠. 때문에 모든 물체가 낙하하는 속도는 같아요.(공기저항이 없을 때) | |
| 똑같은 무게인 물체를 동시해 던지면 똑같은 속력으로 떨어지나요 | 네. | |
| 진공 상태에서는 자동차와 모래알도 같은 속도로 떨어지나요? | 네, 당연. | |
| 그럼 공기저항이 없다고 가정을 했을때는 다 동시에 떨어지나요?? | 네. | |
| 자유낙하 하는 물체는 시간이 지나면 점점 떨어지면서 속력이 일정하게 증가한다는데 그러지 않는 물체는 없나요? | 네. 없어요. 모든 물체는 중력의 영향을 동등하게 받으니까요. | |
| 자유낙하운동의 특성을 이용한 실생활 도구는 무엇이 있을까요? 지금은 낙하산밖에 생각이 안나요.
중력가속도가 쓰인것중에 일상생활에서 많이 쓰이는게 무엇이 있을까요? |
낙하산은 자유낙하의 특성보다는.. 공기저항을 이용한 도구죠.
자유낙하 자체를 이용해 활용하는 도구는 많지 않을 것 같아요. 공사장에서 쓰는 철골을 박을 때 높은 위치에서 쇳덩어리를 떨어뜨려 망치로 쓰곤 하죠. | |
| 공기 저항이 없을때 물체가 아래로 떨어지는 운동을 자유낙하 운동이라 하는데 공기 저항이 있을때의 이러한 운동은 무엇이라고 하나요? | 딱히 지칭하는 명칭은 없지만.. 그냥 낙하라고 하면 될 것 같아요~ | |
| 우주는 왜 진공상태인가요? | 너무 넓어서요. 아무것도 없는 공간이 많은거죠. 그리고 시간이 지나면서 서로의 중력에 의해 잡아당기게 되어 뭉쳐있게 됩니다. | |
| 물체가 떠러지면 점점 속도가 무한으로 커지나요? | 떨어지는 데엔 끝이 있지만.. 만약 무한하게 떨어질 수 있다면 무한으로 속력이 커지겠지요. | |
| 10km 높이에서 달에서 컨테이너를 떨어제지는 속도보다 보다 10km높이에서 휴대폰을 떨어지는 빠른가요? | 공기저항이 없다면 똑같이 떨어지겠죠~ | |
| 무거운 물체랑 뜨거운 물체 랑 떨어지는 속도가 한치의 오차도 없이 떨어지나요? | 네. 공기저항이 없다면. | |
| 무겁지만 면적이 넓은 물체와 면적이 좁고 가벼운 물체를 동시에 자유낙하 시켰을 때 가벼운것이 먼저 떨어지게 면적의 비율과 무게를 조절하면 가벼운게 먼저 떨어지나요? | 네. 중력대 공기저항 비율로 떨어지는 속도가 결정되는거니까, 충분히 가능해요. | |
| 호기심 | 자유낙하에서 출발 속도를 빠르게 던지면 속도가 줄어드나요 빨라지나요? | 공기저항과 중력의 크기가 같아지면 등속운동을 하게 되서 최종 속도는 어차피 같겠지만.. 더 빠르게 낙하할 수 있죠! |
| 달에도 중력이 있나요?
달과 지구의 중력은 얼마나 차이가 나나요. |
달이 지구의 1/6 정도라고 해요~ | |
| 태양에도 중력이있나요? | 당연, 태양도 질량덩어리잖아요? | |
| 우주에서 지구에 대한 정지궤도로 물체를 던진다면 달처럼 계속하여 지구를 중심으로 돌까요?
그리고 만약 질량이 달라도 속력은 같을 까요? |
네, 달도 지구의 위성이잖아요? 인공적으로 만든 위성도 위치와 속도만 제대로 잡아주면 달처럼 돌아요~
중력가속도는 어떤 물체에서든 같기 때문에 질량이 달라도 가속도는 같답니다~ 만약, 질량에 따라 속력이 다르다면.. 우주정거장은 무거워서 속력이 빠른데, 사람은 가벼워서 속력이 느려.. 다들 벽에 부딪혀 죽지 않을까요? | |
| 달에선 중력이 없지않나요? 어떻게 달에서 물건이 떨어지나요? | 달에도 중력은 있어요! 어떤 물체든 질량을 갖고 있으면 중력이 있어요! 심지어 제게도 여러분을 당기는 만유인력이 있습니다! | |
| 가속이 가장 잘 붙는 방법은 무엇인가요. | 가속을 주는 힘 외의 다른 힘들을 제거해주는 거겠죠. 공기저항이라든가, 마찰이라든가~ | |
| 무중력에서도 물건을 떨어뜨리면 떨어지는건가요? | 무중력에서 물건을 떨어뜨리면 가속되진 않지만, 처음에 떨어뜨린 속도로 떨어져요~ 지난번 시간에 배웠듯, 아무런 힘이 가해지지 않으면 등속운동을 해요~ | |
| 중력에 대하여 설명할때 크다고해요, 세다고해요? | 문맥에 따라 이해하면 될 것 같은데, 둘 다 맞는 말이죠. | |
| 지구에서 볼링공과 깃털을 동시에 떨어트리면 무조건 볼링공이 먼저 떨어지는데 달에서 똑같은 실험을하면 둘이 동시에 떨어지는건가요? | 네, 공기가 없기 때문에 공기저항을 받지 않아요.
지구에서 깃털이 늦게 떨어지는 이유는 공기저항 때문이잖아요~! | |
| 중력을 제일 먼저 발견한 사람이 누군가요? | 물체를 땅으로 당기는 힘을 발견..했다기엔 아이때부터 볼 수 있잖아요? 모든 물체는 땅으로 떨어진다는.. 누가 발견했다고 보긴 어렵고..
땅의 중력과, 하늘의 별들을 움직이는 하늘의 힘이 근본적으로 같음을, 모든 물체는 만유인력을 갖고 있음을 발견한 건 뉴턴이에요. | |
| 가속도가 늘어나는 이유. | 가속도가 늘어난다고요??? 오늘 우리는 가속도가 변하지 않는 운동에 대해 한 건데.. 힘이 커지면 가속도가 커져요. | |
| 달에 왜 공기가 없나요. | 달엔 중력이 작아서 공기분자들이 달을 빠져나가버리고 말아요. | |
| 달에는 왜 중력이 약하죠 | 달의 질량이 작아서요~ | |
| 중력 가속도가 9.8m/s^2인이유 | 중력은 만유인력의 한 형태이죠. 즉, 중력은 행성의 질량에 의해 결정되는데, 지구의 질량과 지구의 반지름에 의해 9.8m/s^2이 되죠. 고등학생이 되면 중력가속도 값을 구하는 방법을 배울거에요~ | |
| 지구의 중력과 달의 중력의 차는 어느정도임니까 | 1학년 때 나와서 다 잊어버렸죠~ 1/6 정도 된다고 해요~ | |
| 비도 하늘에서 떨어지는데 왜 아프지 않나요? | 공기저항 때문에 속도를 제대로 못내기 때문이죠~ | |
| 진공상태가 되면 공기저항이 없기 때문에 더 빨리 떨어져야하는데 왜 달에선 늦게 떨어지나요. | 그만큼 중력이 약해서요~ | |
| 달은 지구보다 높이 있어서 중력의 영향을 조금 받는건가요? 아니면 대기권 문제로 조금 받는건가요 ? | 달은 질량이 작아서 중력의 크기가 작아요~ | |
| 우주에선 모든 물건이 속력이 같나요? | 대기가 없을 때, 낙하하는 속도가 같을 뿐, 행성마다 떨어지는 속도는 다 달라요~ | |
| 속력이랑 속도가다른가요? | 네, 비슷하지만 달라요. 속도는 빠르기 뿐 아니라 방향까지 포함해요. 속도가 더 큰 개념인데, 고등학교에 가면 배울거에요~ | |
| 가속을 잘하는 방법이 있나요? | 공기저항을 줄이면 잘 되겠죠. 그래서 자전거 경주에서 그렇게 얇은 자전거를 타고, 타이즈를 입는 거에요~ | |
| 중력이 젤 무거운곳은 태양계중 어딘가요 | 태양계 안에선... 태양이요. | |
| 중력이 있는 행성과 적은 행성의 차이가 뭔가요? 그리고 중력이 없는 행성도 있나요?
달이나 지구 이외에 태양계 행성들 중에 중력이 있는 곳이 있나요? |
행성의 질량 차이요~ 중력이 없는 행성은 없어요~ 저도 중력을 가졌는걸요오~ | |
| 화성은 중력이 지구와 똑같나요? | 아뇨, 행성의 질량과 크기가 다르니, 중력도 다르죠. 지구 중력의 37.5%밖에 안된다네요. | |
| 화성의 중력가속도는 얼만가요 그리고 멀리 떨어진 행성의 중력가속도는 어떻게 구하나요? | 멀리 떨어진 행성 주변의 위성들이 도는 속도를 보고 측정하거나, 해당 위치로 로봇을 보내서 정확하게 측정할 수 있죠~ | |
| 중력의 영향을 받지않는 물체가 있나요 ? | 그런 물체 발견하면 노벨상. | |
| 왜 가속도의 단위는 m/s2 인가요? | 속도의 단위가 m/s 이고, 속도의 변화를 나타내는 게 가속도라서 시간으로 한 번 더 나누잖아요? 그래서 m/s^2. | |
| 모양이 완전히 똑같지만 질량이 달라도 동시에 떨어지나요? | 네, 공기저항을 안받는다면요. | |
| 우주는 얼마나 넓은 가요? | 글쎄요, 학자마다 말하는 게 달라서요. 제 대답은.. 네 꿈의 크기만큼. | |
| 그러면 지구처럼 중력이 큰 행성이있나요? | 네, 지구보다 중력이 더 큰 행성도 있죠. | |
| 물체가 떨어지는 속도는 어떻게 재나요? | 스피드건이나 레이저 등으로 측정할 수 있죠. | |
| 비행기가 낙하할 때 잠시 중력이 낮아지나요? | 아뇨, 어떻게 이런 질문을 떠올렸죠? | |
| 중력이 엄청 강하면 몸이 찌러지나요? | 네 | |
| 가속도의 단위는 /s만 있나요? | 단위는 써넣기 나름이죠. km/s^2을 쓸 수도 있고.. | |
| 중력이 아예 없다면 어떻게되나요? | 우주와 비슷한 환경이 되겠죠~ 공기도 우주로 도망갈테고.. | |
| 태양계에서 중력이 가장 큰 행성은 무엇인가요 | 목성이요. 검색하면 행성별 중력을 찾을 수 있어요~ | |
| 가속을 최대한 늘리는법은용?? | 힘을 세게 가해주거나 공기저항을 없애는 방식으로 디자인하면 되겠죠~ | |
| 기타 | 자유낙하운동말고 다른운동이 있나요? | 네. 원운동, 왕복운동 등 이름붙이기 나름이죠~ |
| 개미가 50층에서 떨어지면 살아요? | 몰라요. | |
| 헛소리 | 시험범위가 어디까지인가요? | 오리엔테이션에서 말했어요; |
| 잠은 잘 자셨나요? | 이런거 안물어보면 좋겠는데.. 요새 잠을 늦게 잤어요; 위키의 데이터를 담아둔 DB를 건들다가 계속 망가뜨려서요;; | |
| 달에 가보셨나요 | 아뇨. 집이 좋습니다. | |
| 우주가보셨나요 | 우주는 항상 나를 보고 있죠. | |
| 너무 졸리네요.. | 세수하고 오세요. | |
| 우주에서 오줌넣으면 날라다니나요? | 네, 그렇겠죠. |
더 나아가기
교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들은 보세요~
보기 전에 먼저 생각해보세요~
답
| 무거운 물체와 가벼운 물체. 높은 곳에서 던지면 어떤 게 먼저 떨어질까? | |
|---|---|
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 무거운 물체 | 보통 무거운 물체가 먼저 떨어진다고 생각하기 쉬워요~
같은 물체를 줄로 묶었다고 생각해 봅시다. 그러면 줄로 묶어 탄생한 새로운 물체는 기존 물체보다 무거워졌죠. 줄로 묶은 물체가 물로 묶기 전보다 빨리 떨어질까요?? |
| 가벼운 물체 | 일반적으로 공기저항 때문에 무거운 물체가 먼저 떨어진다고 생각하기 쉬운데, 어떻게 이런 생각을 했을까?? 궁금궁금! |
| 동시에 떨어진다. | 이 말은 사실 진공상태에서만 맞는 말이에요. 공기저항이 없다면 모든 물체가 동시에 떨어집니다. |
| 동시에 떨어진다 (이때 동시에 떨어지는 이유는 중력가속도는 질량에 비례하기 때문이다) | 중력가속도가 질량에 비례한다기보단 중력이 질량에 비례해 중력가속도는 모든 물체에서 같아요! |
| 진공 : 동시에 떨어진다.
진공 X : 공기 저항을 상대적으로 적게 받는 것이 빨리 떨어진다. 공기저항이 없다면 동시에 떨어진다. 가벼운물체가 깃털처럼 공기의 저항을 많이 받는 물체가 아니라면 둘다 같이 떨어집니다. |
적절한 답이네요. |
| 떨어뜨린 물체가 가속하는 이유는 무엇인가? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 중력가속으로 인한 가속 9.8m/s제곱 때문에.
가속하는 방향으로 중력의 힘을 받기 때문이다. 일정한 크기의 중력을 계속 받기 때문이다. |
네 중력으로 인해 힘을 받기 때문이죠. 힘을 받으면 물체는 가속한다고 1학년 때 배웠습니다~ |
| 공기의 힘을 받기 때문에 | 공기의 힘을 받으면 오히려 가속이 방해되지 않을까요? |
| 힘을 받기 때문 | 어떤 힘을 받았는지 써주었다면 더 좋을 것 같아요~ |
| 지구와 달에서 물체의 낙하속력이 다른 이유는 무엇인가? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 달로가면 진공상태가 되기때문
달에는 공기저항이 없어서 |
진공상태가 되면 공기저항이 없기 때문에 더 빨리 떨어져야 하는데, 달에선 늦게 떨어지잖아요? ㅎㅎㅎ 왜 달에선 느리게 떨어질까요? |
| 중력의 크기가 달라서 인가요?
중력이 달라서이다. 달은 중력이 지구의 6분의 1 밖에 안되기 때문이다. |
네, 중력의 크기가 다르기 때문에 그렇습니다~ |
| 지구보다 달의 질량이 작아서 중력이 작게 작용하기 때문이다. | 네, 행성의 질량에 따라 행성 위에서의 중력의 크기가 달라집니다. |
| 지구에는 중력이 있기때문에
지구에는 중력이라는것이 있지만 달은 무중력이기 때문이다 |
달에도 중력은 있어요~ |