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그저 경이롭다.


밀도란 무엇이냐


밀도란 단위 부피당 질량을 뜻하며

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식은 이렇다.


p는 밀도, m은 질량, V는 부피이다.


p=d 인 이유는 물리학에서는 밀도를 p, 화학, 생명과학에서는 밀도를 d로 나타내기 때문이다.


밑에서는 밀도를 p로 통일하겠다.


질량과 밀도는 비례하는 관계를 가진다. 같은 부피일 때 밀도가 커지면 질량도 커진다.

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같은 질량일 때, 밀도가 커지면 부피는 밀도에 반비례한다. 가령 온도와 압력, 질량이 같은 두 기체 A, B가 있을 때 기체 A의 부피가 기체 B보다 클 경우

기체 B의 밀도가 기체 A의 밀도보다 높다.

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즉, 밀도란 물체의 성질을 나타내는 것으로 운동을 나타내지 않는다.


이제 물질을 공중에서 떨어트렸을 때 떨어지는 이유를 알아보자.


두 글자로 낙하 라고 하는 이 현상은 운동에 해당한다.


밀도는 운동이 아니므로 세가지를 할 수 없다.

1. 방향을 만들지 못한다.

2. 가속을 발생시키지 못한다.

3. 운동 방정식의 원인 항에 들어가지 못한다.


우리가 흔히 낙하하는 현상은 지구의 중심으로 물건이 끌어당겨지는 현상이다.

나를 기준으로 상,하 좌표가 Y좌표라면 y-로 물체가 이동하는 이유는 밀도는 관계 없다.


이는 진공 낙하 실험으로 증명된다.

밀도로 인해 떨어지는 것이라면 밀도 차이가 없는 진공에서는 물체가 정지해야하거나, 떨어지더라도 물체의 가속도는 물체마다 달라야한다.

하지만 진공 낙하 실험은 동시에 떨어진다.


그럼 물체가 떨어지는 이유가 어째서 중력 때문인가?

중력의 정의는 모든 물질이 서로를 향해 끌어당기는 상호 작용 이다.

지구가 끌어당기는 힘을 중력이라 하는게 아니라, 지구가 끌어당기는 힘도 중력의 정의 안에 포함된다는 것이다.


또한 중력은 몇가지 특징이 있는데

1. 모든 물체는 동일한 중력 가속도 g ≈ 9.8 m/s^2 를 가진다.

2. 질량, 재질, 밀도와 무관하다.

3. 수식으로 예측 가능하다.

4. 실험과 정확히 일치했다.

라는 특징이 있다.


이 중력에 의한 낙하 공식은


s = 1/2gt^2 이며,


위 공식은 가속도가 일정한 낙하 실험에 대해서 항상 들어맞는다.




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진공 낙하 실험에서 쇠공과 깃털을 동시에 떨어트렸을 때 동일한 속도로 떨어진 이유는

중력의 특징 중 1번에 해당한다.


해당 실험은 진공상태로 공기를 제거하여 공기 밀도가 없는 상태이다.

즉, 공기에 의한 밀도, 부력 저항이 제거 되어있다.


여기서 물건이 떨어지는 이유가 밀도 떄문이라면

순수하게 남은 밀도만으로 쇠공이 깃털보다 빠르게 떨어져야한다. (단, 밀도로 인해 작용하는 힘이 어째서 아래 방향인지 증명해야한다.)

혹은 아래가 아닌 다른 방향으로 진행하거나 공중에 멈춰있어야 한다. (밀도는 운동 에너지가 아니기 때문)


하지만 짤의 실험은 서로 다른 두 물체가 동일한 속도로 떨어진다.

이는 중력 가속도가 질량, 재질, 밀도와 관계없이 일정한 속도로 떨어진다는 중력의 특징 1,2번에 해당한다.

따라서 낙하 현상을 설명하는 가장 단순하고 일관된 원인은 중력이며, 밀도만으로는 이 현상을 설명할 수 없다.


이 글을 읽어도 평평이들은 아가리를 털게 분명하므로 이 글은 둥글이들을 위해 적었다.

밀도때문이 아님은 알아도 왜 아닌지 정확하게 알면 재밌으니까.