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중력이란? 중력가속도 공식을 통해 알아보는 우주의 힘
2019-06-10 09:00:02
위아람
▲중력을 경험하는 사람들(출처=위키미디어 커먼스)

[리서치페이퍼=위아람 기자] 지구 상의 모든 물체에는 지구 중심으로부터 끌어당기는 힘이 작용하고 있다. 이러한 지구 내부의 힘을 중력이라고 한다. 또 지표면에서 낙하하는 물체의 경우와 같이 중력의 영향 아래에서 생성되는 운동가속도를 중력 가속도라고 한다.

▲체중계(출처=픽사베이)

중력이란?

중력은 질량을 가진 물체들 사이에서 작용하는 힘인 만유인력과 원 운동하는 물체의 바깥쪽으로 작용하는 힘인 원심력의 합력이다. 질량을 가진 모든 물체 사이에는 만유인력이라는 힘이 작용한다. 이 힘은 두 물체가 서로에게 영향을 주는 힘이다.

▲아이작 뉴턴(출처=플리커)

만유인력

육안으로 보이지는 않지만 중력은 우리 주변 어디에나 있다. 이는 우리의 체중이 얼마나 나가는지 또 농구공이 얼마나 높이 올라갈지를 결정한다. 지구의 중력은 지구가 개인에게 가하는 힘에 비례한다. 달과 금성과 같은 천체에는 지구와 다른 중력이 존재한다.

중력의 이치는 시소에 비교할 수 있다. 한 사람이 다른 사람보다 체중이 훨씬 더 많이 나간다면 그 사람은 균형을 맞추기 위해 시소 중앙에 더 가까이 가야 한다. 이 우주에는 시소의 무게 중심과 같은 것이 있다. 중력은 행성이 서로 충돌하는 것을 막는다.

중력에 대해서 처음으로 수학적인 접근을 한 사람은 뉴턴이다. 뉴턴의 만유인력은 두 물체 사이에 작용하는 중력에 대해 설명한다. 하지만 뉴턴은 중력의 실체에 대해서는 설명하지 못하는 한계점을 가지고 있다. 또한 중력이 두 물체 사이의 거리에만 의존하고 시간과는 무관하므로 아인슈타인의 특수상대성 이론과 부합하지 않는다.

▲은하(출처=위키미디어 커먼스)

우주의 중력

태양 주위를 도는 행성과 행성 주변을 공전하는 달은 모두 중력에 영향을 받는다. 바닷물도 달의 중력에 의해 조수간만의 차를 보인다. 알버트 아인슈타인에 따르면 중력은 빛을 휘게 만든다. 육안으로 보이지는 않지만 손전등을 위로 하면 중력에 의해 빛이 넓어진다.

▲지구 중력장(출처=위키미디어 커먼스)

지구의 중력

지구 상의 중력은 위치에 따라 다르다. 극지방에서는 만유인력이 가장 크고 원심력은 없다. 적도 지방에서는 만유인력이 작고 원심력이 크다. 때문에 극지방에서는 중력이 최댓값을 나타내고 적도 지방에서는 중력이 가장 작아진다.

▲지구 중력가속도의 그래프(출처=위키미디어 커먼스)

중력 가속도 공식

중력가속도는 물체에 가해진 중력에 의한 가속도를 의미하고 일반적으로 기호 g를 사용한다. 좁은 의미에서는 지구 표면에서의 힘에 의한 가속도를 의미하는 용어로 사용한다. 뉴턴의 운동법칙 중 가속도의 법칙에 따르면 힘은 물체의 질량과 가속도를 곱한 값을 구할 수 있다. 중력도 힘의 한 종류이기 때문에 지구의 질량과 물체의 질량을 곱한 것을 지구 반지름을 곱한 값으로 나눈 후 중력 상수를 곱한 값이 중력 가속도가 된다.

▲부력 실험실(출처=플리커)

부력

물이나 공기 같은 유체에 잠긴 물체는 중력과 반대 방향인 윗방향으로 힘을 받게 되는데 이 힘을 부력이라 한다. 기원전 3세기경 그리스의 철학자 아르키메데스는 부력의 크기가 유체에 잠긴 물체의 부피에 해당하는 유체의 무게와 같다는 사실을 알아냈다.

[researchpaper 리서치페이퍼=위아람 기자]

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