갈릴레이는 왜 공을 떨어뜨리지 않고 빗면에 굴렸을까?

Why did Galileo roll balls down ramps instead of dropping them?

곧바로 떨어지는 공이 너무 빨라 잴 수 없다면, 그 운동을 어떻게 느리게 만들어 잴 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

NASA 교육 자료에 따르면 곧바로 떨어지는 운동은 갈릴레이가 정확히 재기에는 너무 빨랐습니다 — 공은 첫 1 초 만에 4.90 m 를 내려가 버립니다.

그래서 갈릴레이는 공을 비스듬한 판(빗면)에 굴려 떨어지는 운동을 느리게 만들었고, 시뮬레이터의 5° 빗면에서는 같은 1 초에 0.427 m 만 갑니다.

느려져도 법칙의 꼴은 그대로입니다: 5° 빗면에서 2 초까지 간 거리는 1.71 m, 3 초까지는 3.85 m 로 1 초일 때의 4 배 · 9 배이고, 이것이 NASA 가 말하는 제곱수(1 · 4 · 9 · 16 · 25)의 비입니다.

NASA 자료는 빗면에 팽팽한 줄을 걸어 공이 넘을 때마다 «딸깍» 소리가 나게 하고, 시간을 그 소리의 수로 재는 방법도 소개합니다.

시뮬레이터의 물체는 마찰 없이 미끄러지는 상자라서 실제로 굴러가는 공과 빠르기는 조금 다르지만, 거리가 시간의 제곱으로 늘어나는 모습은 같습니다.

💡 생활 속 예시

폰의 슬로 모션 촬영으로 떨어지는 지우개를 찍으면 눈으로 놓치던 순간이 보입니다 — 갈릴레이는 영상 대신 빗면으로 운동을 느리게 했습니다.
완만한 휠체어 경사로에서는 바퀴 달린 가방이 천천히 굴러 내려가 손으로 잡기 쉽지만, 가파른 경사로에서는 금세 빨라져 놓치기 쉽습니다.

확인된 값

갈릴레이 때는 곧바로 떨어지는 운동이 너무 빨라 정확히 잴 수 없었다: too fast to measure 출처
공을 비스듬한 판(빗면)에 굴려 떨어지는 운동을 느리게 만들었다: inclined board 출처
처음부터 지난 거리의 비 — 1 · 4 · 9 · 16 · 25 (제곱수): 1 : 4 : 9 : 16 : 25 출처
피렌체 경사면 장치(19 세기 초)를 만든 까닭 — 갈릴레이 낙하 법칙을 실험으로 보이기: demonstration of the law of falling bodies 출처
빗면에 팽팽한 줄을 걸어, 공이 줄을 넘을 때마다 «딸깍» 소리가 나게 하는 방법: click over wires 출처
그 방법에서는 시간을 «딸깍» 소리의 수로 쟀다: time in clicks 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학탐구실험1 · 과학의 본성과 역사 속의 과학 탐구 [10과탐1-01-01]

출처

이어서 보기

같은 단원 · 운동의 기술

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