연필을 손에서 놓으면 바닥으로 떨어지고, 사과가 나무에서 떨어지는 현상은 너무 당연하게 느껴집니다. 하지만 이 평범한 현상은 우주를 지배하는 힘 중 하나인 ‘중력’ 때문입니다. 이번 글에서는 중력, 질량, 가속도라는 세 가지 키워드를 통해 왜 물체가 바닥으로 떨어지는지 과학적으로 쉽게 풀어봅니다.
중력: 모든 물체를 끌어당기는 힘
물체가 바닥에 떨어지는 가장 근본적인 이유는 중력(Gravity)입니다. 중력은 질량을 가진 모든 물체가 서로를 끌어당기는 힘입니다. 지구는 매우 크고 질량이 크기 때문에, 우리가 지구 근처에 있는 한 지구가 우리를 아래로 끌어당깁니다. 이 힘 때문에 놓아둔 물체는 가만히 있을 수 없고, 지구 중심 방향으로 당겨져 바닥에 닿게 됩니다. 뉴턴은 이를 만유인력의 법칙으로 설명했고, 아인슈타인은 중력은 시공간의 휘어짐이라고 해석했습니다. 즉, 중력은 단순한 ‘끌림’이 아니라, 지구가 주변 공간을 휘게 만들어 물체가 그 경로를 따라 이동하는 것입니다.
질량: 끌어당김의 크기를 결정하는 요소
중력의 세기는 물체의 질량(Mass)과 밀접한 관계가 있습니다. 질량이 클수록 중력의 세기도 커집니다. 지구는 질량이 매우 크기 때문에 주변의 모든 물체를 강하게 끌어당길 수 있는 것입니다. 흥미롭게도, 질량이 다른 물체도 지구 표면에서는 같은 가속도로 떨어집니다. 진공 상태에서 무거운 쇠공과 가벼운 깃털을 동시에 떨어뜨리면, 두 물체는 똑같이 바닥에 닿습니다. 이는 중력에 의한 가속도가 물체의 질량과 무관하게 일정하기 때문입니다. 다만 실제 환경에서는 공기 저항 때문에 깃털은 천천히 떨어집니다.
가속도: 중력이 만드는 속도의 변화
물체가 떨어질 때 점점 빨라지는 이유는 중력이 가속도를 만들기 때문입니다. 지구 표면 근처에서 중력 가속도는 약 9.8 m/s²입니다. 즉, 물체는 1초마다 속도가 약 9.8 m/s씩 빨라집니다. 예를 들어, 공을 놓으면 처음에는 0 m/s로 시작하지만, 1초 후에는 약 9.8 m/s, 2초 후에는 약 19.6 m/s로 속도가 증가합니다. 이렇게 중력은 물체가 계속해서 바닥으로 더 빠르게 떨어지게 만드는 원동력이 됩니다. 물체가 바닥으로 떨어지는 이유는, 지구가 질량을 가진 모든 물체를 중심으로 끌어당기는 중력이 작용하기 때문입니다. 질량이 있는 한, 지구와 우리 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 존재하고, 지구의 질량이 훨씬 크기 때문에 우리는 항상 지구 쪽으로 끌려갑니다.
즉, 물체가 떨어진다는 것은 단순한 ‘낙하’가 아니라, 우주에 존재하는 기본 힘의 하나가 작용한 결과입니다. 이 평범한 현상은 우리가 땅 위에서 안전하게 살 수 있는 이유이기도 합니다.