우주인과 저울 (Explore Astronauts and Scales)

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나는 누구일까요?

시원한 물줄기를 위로 뿜어 냈다가 아래로 떨어지는 분수, 하늘에 서 내려오는 빗줄기 등을 보면서 우리는 전혀 이상하게 생각하지 않지요. 아주 자연스러운 현상이니까요. 나는 갈릴레이가 죽은 해 인 1642년에 ① 에서 태어났어요. 어릴 적부터 혼자 있기를 좋아하고, 호기심이 많아서 자연스러운 현상들을 보면서 ‘왜 그럴까?’ 하고 깊이 생각했어요. 어머니는 내가 농부가 되기를 바랐지만 교장 선생님이 어머니를 설득한 덕분에 케임브리지 대학에 들어가서 좋아하는 공부를 할 수 있었어요. 그런데 1665년부터 흑사병이라는 무서운 전염병이 유행하는 바람에 2년 동안 고향으로 피신해야했어요. 어느 날 나는 정원을 걷다가 우연히 나무에서 사과가 땅으로 떨어지는 것을 보고, ‘왜 ② 는 다른 방향으로 가지 않고 항
상 아래로 떨어질까?’ 하는 의문이 생겼어요. 곰곰이 생각한 끝에 사과나무에서 사과가 아래로 떨어지는 이유는 지구 중심에서 잡아당기는 힘(중력=만유인력)이 있기 때문이라고 결론지었어요. 이러한 힘이 작용하지 않는다면 사과는 저 멀리 우주로 날아갈 거라고 생각했지요. 이렇게 우연한 관찰로 중요한 법칙인 중력(=만유인력)을 발견하였답니다. 나는 1687년 《프린키피아》라는 책에서 만유인력과 뉴턴의 운동 법칙도 설명했어요. 이 법칙 은 사과는 지구가 끌어당기는 힘 때문에 아래로 떨어지지만 지구 주위를 돌고 있는 달이 지구로 떨 어지지 않는 이유는 지구와 달 사이에 미치는 중력 때문이며, 지상의 물체뿐 아니라 행성의 운동도 ③ 에 의해 움직인다는 이 법칙이에요.
나는 누구일까요? ④

의 사과나무
자료 제공 : Loodog at wikipedia

의 초상화
뉴턴의 중력(만유인력)의 법칙으로 천체의 위치와 움직임도 미리 알 수 있어요. 태양계 안의 천체들 은 이 법칙에 따라 움직이거든요. 에드먼드 핼리는 이 법칙을 이용하여 ⑤ 혜성의 궤도 주기를 76년으로 예측했지요. 그 외에 우주 탐사선의 운동과 지구 주위를 도는 인공위성의 궤도를 계산할 때도 중력의 법칙을 이용할 정도로 뉴턴은 지금까지 큰 영향력을 끼치고 있답니다.
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저울은 왜 필요할까?

무게 재기

지구 중심에서 물체를 끌어당기는 중력의 크기를 어떻게 잴 수 있을까요?
위의 그림에서 ㉠과 ㉡ 중 어느 것이 더 무거워 보이나요? ⑥
무거운 돌은 가벼운 돌보다 위로 들어올리기가 어렵습니다. 왜 그럴까요? ⑦
그렇다면 ㉠과 ㉡ 중 어느 돌의 무게가 더 적게 나갈까요? ⑧
돌의 무게를 정확하게 알고 싶다면 무엇이 필요한가요? ⑨
우리 생활에서 물체의 무게를 측정하는 예를 한 가지 쓰세요. ⑩

용수철저울의 성질

우리가 사용하는 저울 중에는 용수철의 성질을 이용한 것이 많아요. ⑪ 은 잡아당기는 힘만큼 늘어났다가 다시 원래 길이로 되돌아오는 성질 때문에 저울로 사용할 수 있어요. 오른쪽 그림 중에서 가장 가벼운 물체와 가장 무거운 물체는 어느 것인가요? 표에 적어 보세요.
기호 이유 지구의 중력
가장 가벼운 물체 용수철이 가장 (⑬ 많이, 조금) 늘어나서 끌어당기는 힘이 (⑭ 작다, 크다)
가장 무거운 물체 용수철이 가장 (⑯ 많이, 조금) 늘어나서 끌어당기는 힘이 (⑰ 작다, 크다)
가장 가벼운 물체
기호
이유
용수철이 가장 (⑬ 많이, 조금) 늘어나서
지구의 중력
끌어당기는 힘이 (⑭ 작다, 크다)
가장 무거운 물체
기호
이유
용수철이 가장 (⑯ 많이, 조금) 늘어나서
지구의 중력
끌어당기는 힘이 (⑰ 작다, 크다)
두 물체의 무게를 비교할 때는 수평 잡기를 이용한 저울을 주로 사용해요. 그 외에 전자저울처럼 편 리한 저울도 많이 쓰이죠. 저울로 측정한 무게는 g중, kg중, N(뉴턴)의 단위로 나타내지만 일상생활 에서는 흔히 g, kg으로만 쓰고 있어요.
다음 그림에서 용수철을 이용한 저울을 모두 찾아 기호를 쓰세요. ⑱






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달과 우주에서의 무게

달에서의 무게

중력은 지구에만 있는 걸까요? 지구뿐만 아니라 달과 화성, 목성 등 다른 천체들 도 ⑲ 이 있어요. 그렇다면 중력의 크기가 지구보다 작은 달에서도 그 물체의 무게가 같을까요? 달의 중력이 지구의 1/6이라면 달에서 무게를 재면 어떻게 될까요? ⑳ 이처럼 무게는 물체에 작용하는 중력이기 때문에 물체에 작용하는 중력 크기와 장소에 따라 달라져요.

우주인, 뉴턴과 저울 조립하기

우주에서의 무게

우주에서도 무게를 잴 수 있을까요? ㉑
지구의 중력은 지구와 멀리 떨어진 우주에서는 거의 작용하지 않기 때문에 지구에서 쓰던 저울은 소용이 없어요. 그래서 정밀한 우주 저울을 사용한대요. 2008년, 우주인 이소연은 우주 정거장에서 우 주 저울로 추의 무게를 재는 실험을 했어요. 우선 질량을 알고 있는, 기준이 되는 물체와 무게를 재려 는 물체 두 개를 준비해요. 우주 저울에 두 물체를 올려놓고, 같은 힘으로 동시에 튕겨 본 다음, 두 물체 사이의 힘을 세밀하게 계산하여 무게를 측정할 수 있어요. 이 우주 저울로는 1g~5kg 까지 무게를 잴 수 있대요.
중력이 거의 없는 우주 정거장에서 우주인들은 어떻게 생활할까 요? 지구 표면과 같은 중력 환경이 되려면, 우주선의 일부분을 회전시켜서 ㉒ 을 만들어야 해요. 인공 중력은 물체를 회전시킬 때 바깥으로 향하는 힘인 원심력을 이용해서 만들 수 있어요. 인공 중력이 생기면 우주 정거장 안에서도 지구에서 와 같은 일상생활을 할 수 있답니다.
자신이 만일 우주 정거장에서 생활한다면 무엇을 가장 하고 싶은가요? ㉓