종단 속도-낙하산으로 낙하할 때 다치지 않고 빗방울에 다치지 않는 이유

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종단속도의 개념입니다

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 하늘에서 떨어지는 빗방울도 뉴턴의 제2법칙인 F=ma를 만족시키는 것은 당연하다. 이러한 빗방울은 질량이 매우 작아 우리가 무심코 지나치기 쉽지만, 자유 낙하시 가속도a의 값은 중력가속도 g와 동일하기 때문에 떨어지는 빗방울에도 무시할 수 없는 힘을 지니고 있다. 하지만 실제 우리생활에서는 떨어지는 빗방울에 맞아 다치는 사람을 찾아 보는 것은 불가능에 가깝다. 왜 그럴까? 그 이유는 바로 공기의 저항력 때문인데, 이러한 상황에서 나오는 개념이 바로 종단속도(terminal velocity)이다.

 종단속도(terminal velocity)
-종단속도를 간단하게 표현 하자면, 어떤 물체가 공기 중에 자유낙하를 하게 되면 초반 에는 가속도 운동을 하지만, 점차 공기의 저항력이 점차 커져 물체에 작용하는 중력과 공기의 저항력이 평형을 이뤄 일정한 속도로 낙하 하는데, 그때 물체의 속도를 종단 속도라 한다.

 좀더 깊게 알아 보면
*저항력의 크기는 속도에 비례하므로, f=kv (k:비례상수)로 나타낼 수 있다.
*공기저항이 없으면 지구상의 모든 물체는 중력가속도(g)로 낙하한다.
하지만, 공기저항이 있으면 그림 (가)의 물체는
1)의 위치에서는 중력(mg)만 작용하며 아래로 가속되어 속도가 증가한다.
2)의 위치에서는 중력과 반대방향으로 공기저항력(f=kv)이 작용한다.
2)의 위치에서 물체가 받는 알짜 힘(F=mg-kv=ma)
중력이 공기저항력 보다 크면 계속 가속이 된다.
3)의 위치에서 중력과 공기저항력이 같아지면 알짜힘이 0이 되어 등속운동 한다
등속운동시 공기저항력은 더 이상 증가하지 않는다.

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