물리학과 첨단기술 March 2010 36

생활 속의 물리

낙하 실험조 영 신

저자약력

조영신 교수는 미국 콜로라도 주립대 물리학과 Ph.D (1986)로서 네덜란드 자유대학교 물리학과 post-doc(1989-1990), 미국 콜로라도 주립대 물리학

과 교환교수(2002-2003)를 거쳐 1986년부터 현재 강원대학교 사범대학교

과학교육학부 교수로 재직 중이다. (yscho@kangwon.ac.kr)

물체를 높은 곳에서 떨어뜨리면 력에 의하여 낙하하게

되는데 일상 인 물품을 이용하여 재미있는 낙하 실험을 해

볼 수 있다. 여기에 소개되는 두 가지의 낙하 실험 탐구를 통

하여 간단한 재료로도 충분히 물리를 즐길 수 있고, 변인통제

에 한 탐구도 가능함을 체험할 수 있을 것이다.

실험 1 동전 낙하 실험

준비물: 지름이 큰 동 2개, 지름이 조 작은 동 1개(100원짜리 동 2개와 50원짜리 동 1개 는

500원짜리 동 2개와 100원짜리 동 1개를 사

용하여도 된다)

큰 동전 작은 동전

큰 동 두 개 사이에 작은 동 을 놓고 세 개의 동 을

그림과 같이 엄지와 검지를 이용하여 잡고 아래에 있는 2개의 동 만을 아래 손바닥 에 낙하시키도록 한다. 이때 두

손 사이의 거리는 15 cm가 당하다. 낙하한 두 개의 동

의 치가 어떻게 되었는지 찰을 하여 보자. 여러 번 실험

을 하면서 결과가 어떤 경우가 많은지 기록하여 보자. 만약

동 의 치가 뒤바 었다면 왜 그 게 되었는지를 탐구하여

보자.

힌 트: 만약 의 실험 결과를 설명하기 어려우면 다음과 같

은 보조 실험을 해 보면서 의 실험의 이유를 탐구

하여 보자. 세 개의 동 에서 아래에 있는 두 개

의 동 만을 가지고 두 개의 동 을 낙하시켜 보고

낙하한 두 개의 동 의 치 변화를 찰하여 보자.

①

②

두 개의 동 만을 가지고 있을 때는 ①번 그림과 같이 두

손가락이 체 으로 움직이게 되어 두 손가락을 동시에 움

직일 수 있지만 세 개의 동 (②번 그림)으로 실험할 때는

의 동 을 잡고 있는 상태에서 아래의 동 두개만 낙하시켜

야 하기 때문에 손가락의 제일 아래 만 움직여야 한다. 이러한 조건에서 두 손가락의 제일 아래 을 동시에 움직

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여서 동 의 양쪽이 동시에 손가락 끝에서 이탈되도록 하는

것은 거의 불가능하다. 따라서 동 의 한쪽이 먼 손가락에

서 이탈이 되어 동 두 개는 회 운동을 하면서 낙하하게

된다. 아래 손바닥에 떨어진 동 의 치가 처음과 반 로 뒤

바 게 되는 이유는 동 두 개가 략 15 cm 정도의 거리

를 낙하하는 동안 동 은 계속 회 하게 되는데, 동 이 아래

손바닥에 닿을 때 동 의 치가 뒤바 상태로 회 운동이

끝나게 되기 때문이다.

추가 실험

처음 실험과 같이 낙하 실험을 하되 두 손 사이의 거리를

5 cm 정도로 좁게 한 상태로 실험을 하면서 동 낙하 과정

을 자세히 찰하여 보고 동 의 치 변화 결과를 설명하여

보자. 그리고 두 손 사이의 거리를 15 cm 이상으로 하 을

때 실험 결과를 측하고, 직 실험을 하여서 측한 결과를

확인하여 보자.

실험 2 구슬 목걸이 낙하 실험

준비물: 라스틱 컵( 지름 10 cm, 아래 지름 5.5 cm, 높이 11 cm, 컵의 언 리(입 닿는 부분)가 둥근 형

태) 1개, 구슬 목걸이(구슬 직경 7 mm, 구슬과 구

슬 사이의 간격 3 mm) 5 m

제작과정

구슬 목걸이 타래에서 목걸이의 시작 부분을 구슬과 다른

색의 끈으로 묶어서 시작 부분을 표시한 다음 목걸이가 컵의

4/5 정도까지 담아지도록 넣고 타래에서 자른다. 마지막 부

분에도 색끈을 묶어서 끝부분을 찾기 쉽도록 한다.

다음 그림과 같이 한손으로 컵을 들고 다른 손으로 목걸이

의 끝을 잡고 있다가 자유낙하시키면서 목걸이가 낙하하는

과정을 탐구하여 보자. 목걸이의 낙하 속도와 컵에서 목걸이

가 나오는 모양을 찰하여 보고 그 이유를 설명하여 보자.

목걸이가 낙하하면서 목걸이의 치에 지가 운동에 지로

바 게 된다. 낙하 시간이 길어질수록 목걸이의 치에 지가

더 많이 운동에 지로 바 게 된다. 따라서 목걸이의 운

동에 지가 커지게 되고 목걸이의 속도도 빨라지게 된다. 목걸이가 컵을 빠져 나오는 모양을 찰하면 처음에는 컵의 언

리 조 로 떠서 나오지만 시간이 지날수록 컵 언 리와

상당한 거리를 두고 떠서 나오는 것을 찰할 수 있을 것이

다. 이 낙하 운동을 목걸이의 시작 부분이 낙하를 시작하여

바닥에 처음 닿을 때까지의 과정, 목걸이의 처음 부분이 바닥

에 닿은 후 계속 목걸이가 떨어지는 과정, 목걸이의 마지막

부분이 컵에서 분리되어 낙하하는 과정을 따로 분리하여 분

석하여 보는 것도 좋은 탐구가 될 것으로 생각된다.

추가 실험

컵과 최종 낙하 지 과의 거리를 각각 다르게(머리 에서

땅바닥으로 낙하, 머리 에서 책상 로 낙하, 책상 에서

15 cm 치에서 책상 로 낙하) 한 상태로 실험을 하 을

때 어떤 결과가 나올지 측하여 보고 실험 결과를 측한

것과 비교하여 보자.