과학3.물체의 무게는 지표면과, 지각 속에 깊은 구멍을 파고 그곳에 물체를 놓았을 때, 어느 곳에서 더 무거울까?

지구에 깊은 구멍을 파고 들어간 곳과 지표면에서 같은 물체의 무게를 측정하면 어떤 결과가 나올까요?

 

옳은 답은 '지표면에서 측정한 무게가 더 무겁다' 입니다. 왜 그럴까요?

 

우리는 물체의 무게라는 것을 '물체를 지구가 끌어당기는 힘(중력)의 크기이며 지구에 가까울수록 중력의 크기는 크다' 라고 알고 있습니다. 단순히 이와 같은 지식에 의하면 지구 중심에 조금이라도 더 가까운 곳에서 측정한 무게가 무거워야 되겠지요. 그러나 이와 같은 생각은 중력에 대한 개념을 정확히 알지 못하는데서 비롯된 것이라 할 수 있겠습니다.

 

만유인력의 법칙에 의하면 중력은 지구만이 가지고 있는 것이 아닙니다. 질량을 가지고 있는 물체라면 아주 자그마한 돌멩이라도 일정한 크기의 중력을 가지고 있지요. 따라서, 지구 내부로 들어가면 물체의 주위에 있는 질량이 그 물체를 같은 힘으로 모든 방향에서 잡아당기기 때문에 무게는 증가하지 않고 오히려 감소합니다. 결국 지구 중심에 도달하면 물체는 완전히 무게를 상실하고 무중력 상태가 되는 것입니다.

 

이런 이유에서 물체는 지구 표면에서 가장 무거우며 지구 표면으로부터 내부로 그 위치를 옮김에 따라 무게가 감소합니다. 단, 이것은 지구 내부의 밀도가 균일하다고 가정할 때의 추리입니다.

 

 

☞ 보고 또 보고

 

▶만유인력의 법칙 : 지구가 물체를 끌어당기는 힘은 그 물체가 지구 표면으로부터 멀어질수록 감소한다. 만약 우리가 1Kg의 물체를 6,400Km로 들어 올렸다면 지구의 중심으로부터의 거리가 두 배로 되며 이 물체가 받는 인력은 1/4로 작아진다. 만유인력의 법칙에 의하면 지구의 전 질량이 지구 중심에 집중되어 있다고 가정할 때, 지구 주위에 있는 물체를 끌어당기는 인력은 물체와 지구 중심간의 거리의 제곱에 반비례하고 물체의 질량과 지구질량의 곱에 비례한다. 즉, 모든 물체와 물체 사이에는 두 물체 사이 거리의 제곱에 반비례하고, 두 물체 질량의 곱에 비례하는 힘이 작용한다.

 

 

▶관련단원 : 중 1, Ⅵ.힘과 운동 - 중력