피사의 사탑에서 떨어트리는 두개의 물체

아리스토텔레스는 물체의 낙하속도는 질량에 비례하므로 10kg짜리 쇠구슬은 1kg짜리 쇠구슬보다 10배의 빠른 속도로 낙하한다고 하였습니다.

그 후, 갈릴레이는 "10kg짜리 쇠구슬과 1kg짜리 쇠구슬을 끈으로 묶어서 떨어 트리면 아리스토텔레스 이론에 의하면 10kg까지 쇠구슬보다 더 무거운 11kg 쇠구슬 연결체는 더 빨리 떨어져야 하지만, 오히려 더 느려진다."라고 반박했습니다. 그리고, 10kg짜리와 1kg짜리 쇠구슬은 거의 같은 속도로 떨어진다고 하였습니다.

 

 

지구에서 낙하하는 모든 물체는 공기와 마찰하는 공기저항을 받게 됩니다.  대기와의 마찰시 물체의 속력은 일정한 값 이상으로 빨라지지 못하는 데 , 낙하 시에 가속도가 붙어도 공기와의 저항으로 인하여 더 이상 빨라질 수 없는 한계 속력을 '종속력' 또는 '종단 속력'이라고 합니다. 즉, 낙하하는 모든 물체는 그 생김새나 질량, 재질 등 여러 가지 요소에 의해 결정되는 자신만의 특유한 종속력을 가지고 있는 셈입니다.

 

하늘에서 자연적으로 내리는 눈, 비, 우박 등은 모두 자신만의 종속력을 가지고 있습니다. 만일 공기저항이 없어서 종속력도 존재하지 않는 다면 어떻게 될까요? 즉, 진공상태라고 가정하면 하늘에서 내리는 눈은 초당 150미터의 속도로 낙하하게 되고 이 정도의 속도라면 빗방울에 맞아서 다치는 사람이 나올지도 모릅니다. 우박은 말할 것도 없이 맞으면 사망입니다.

 

몇몇 물체의 낙하거리와 종속력은 아래와 같습니다. 낙하거리는 그 정도의 거리를 계속해서 낙하해야 종속력이 되는 거리를 말합니다.

 

물체	종속력(m/s)	낙하거리(m)
빗방울	7	6
탁구공	9	10
테니스공	30	110
야구공	40	210
스카이다이버	60	430

 

아리스토텔레스의 이론이 틀린 이유는 낙하속도와 질량이 정비례 관계가 아니라는 데 있습니다.

갈릴레이는 자신의 이론에 공기 저항력이라는 중요한 변수를 집어넣어 이론을 보충했습니다. 즉, "공기의 저항을 무시한 상태에서 질량이 다른 두 물체를 낙하시키면 물체의 질량과 상관없이 동시에 떨어진다."라는 '등가 원리'를 밝혀냈습니다.