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지구 중력장의 크기는 얼마나 되나?

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지구의 질량은 5.9736×1024kg이고 중력 상수는 6.673×10-11N m2/kg2이다. 지구 중심으로부터 약 6.4×106m 떨어진 지구 표면에서 중력장의 세기는 g=9.8N/kg이다. 따라서 1kg의 물체에는 지구 중심 방향으로 9.8N의 중력이 작용한다.

지상 320km에서 지구 주위를 돌고 있는 국제 우주 정거장에서는 얼마나 큰 중력이 작용하고 있을까? 지구 중심에서 국제 우주 정거장까지의 거리는 약 6.7×106m다. 따라서 국제 우주 정거장이 있는 고도에서의 중력장의 세기는 g=8.9N/kg으로 지구 표면에서의 중력장의 세기와 크게 다르지 않다.

달은 지구 중심으로부터 약 384×106m 떨어져 있다. 이 거리에서 지구 중력장의 세기는 약 0.0027N/kg이다. 따라서 이 거리에서의 지구 중력의 세기는 지구 표면에서의 지구 중력 세기의 약 3000분의 1 정도다. 어떻게 이렇게 작은 중력이 달을 궤도 위에 붙들어두고 있을까? 달이 있는 위치에서의 지구 중력장 세기는 매우 약하지만 달의 질량이 7.2×1022kg으로 크기 때문에 달 전체에 작용하는 지구의 중력은 2.0×1020N이나 된다.

지구는 매우 큰데 왜 지구의 중력장은 지구 중심에서부터의 거리에 따라 달라질까?
이것은 대답하기 쉬운 문제가 아니다. 뉴턴은 이 문제에 대답하기 위해 적분법이라는 새로운 수학적 방법을 개발했다. 적분법은 나무로 만든 단추를 이용해 간단히 설명할 수 있다. 창가에서 단추를 들고 팔을 뻗어 창밖에 있는 나무를 보면서 단추가 얼마나 많은 나무를 가리는지 확인해보자. 나무와 나무로 만든 단추는 같은 나무로 만들어져 있다. 뉴턴의 계산에 의하면, 단추가 그것을 들고 있는 사람에게 작용하는 중력은 단추가 가린 나무가 당신에게 작용하는 중력과 똑같다. 단추까지의 가까운 거리와 나무의 많은 질량이 정확히 같은 효과를 내기 때문이다. 단추가 가린 나무의 면적은 단추의 면적에 γ2을 곱한 값과 같다. 나무와 단추에 의해 작용하는 중력의 합은 나무와 단추의 질량을 합한 질량이 단추와 나무의 중간에 놓여 있을 때의 중력과 같다.

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폴 지체비츠 집필자 소개

칼턴 대학에서 물리학 학사, 하버드 대학에서 물리학 석·박사 학위를 받았다. 웨스턴온타리오 대학과 코닝글래스 연구소에서 연구원으로 지내다 미시간 대학 교수가 되어 35년 동안 학생들을 가르치며 ..펼쳐보기

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한 권으로 끝내는 물리
한 권으로 끝내는 물리 | 저자폴 지체비츠 | cp명지브레인 도서 소개

빛, 파동, 양성자와 중성자, 자동차, 컴퓨터, 건축, 스포츠에 이르기까지 생활을 편리하게 만들고 우주 여행까지 가능하게 만드는 물리학에 관한 모든 것을 담았다. 물리..펼쳐보기

전체목차
1장. 물리학의 기본적인 사항 물리학이란 무엇인가? 물리학에는 어떤 분야들이 있는가? 측정 물리학 관련 직업들 유명한 물리학자들 노벨상
2장. 운동과 운동의 원인 힘과 뉴턴의 운동 법칙
3장. 운동량과 에너지 운동량 에너지
5장. 유체 물의 압력 혈압 대기압 가라앉기와 뜨기: 부력 유체 역학:수력학과 기체 역학 공기 역학 음속 장벽 초음속 비행
6장. 열역학 열에너지 온도와 온도의 측정 절대 0도 물질의 상태 열역학
7장. 파동 물결파 전자기파 전자기파를 이용한 통신 전자기파에 정보 싣기 마이크로파 중첩의 원리 공명 임피던스 도플러 효과 레이더 차세대 기상 도플러 레이더 전파 천문학
8장. 소리 소리 소리의 속도 듣기 초음파와 초저음파 소리의 세기 음향학 음악 음향학 소음 공해
9장. 빛 빛의 속도 편광 불투명, 투명, 반투명한 물질들 그림자 반사 거울 굴절 렌즈 광섬유 회절과 간섭 색깔 무지개 시각 카메라 망원경
10장. 전기 라이덴병과 축전지 밴더그래프 정전 발생기 번개 안전 조치 전류 저항 초전도체 옴의 법칙 전력과 전기력의 사용 회로 교류 · 직류 직렬 · 병렬 회로 전기 콘센트
11장. 자기력 전자기 전자석을 이용한 기술 우주에서의 자기장
12장. 세상은 무엇으로 만들어졌는가?
13장. 원자의 중심부
14장. 답이 없는 질문들 양성자, 중성자 그리고 전자 너머
얽힘, 순간 이동 그리고 양자 컴퓨터 우주의 구조와 종말
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