1-2. 등가속도 운동 — 자유낙하와 투사체

깃털과 볼링공, 어느 쪽이 먼저 땅에 닿을까?

1971년 8월 2일, 달 표면. 아폴로 15호의 우주비행사 데이비드 스콧(David Scott)이 카메라 앞에 서서 한 손에는 망치를, 다른 손에는 매의 깃털을 들어 올렸다. 그리고 동시에 놓았다.

지구에서라면 답은 "당연한" 것이다 — 망치가 먼저 떨어진다. 누구나 그렇게 생각한다. 무거운 것이 먼저 떨어지는 것은 너무나 당연한 상식이 아닌가?

그런데 달에서 일어난 일은 놀라웠다. 망치와 깃털이 정확히 동시에 땅에 닿았다. 스콧은 말했다: "갈릴레오 선생님이 옳았습니다."

왜 지구에서는 무거운 것이 먼저 떨어지는 것처럼 보이는데, 달에서는 동시에 떨어질까? 비밀은 공기에 있다. 지구에는 공기가 있어서 깃털이 저항을 받지만, 달에는 공기가 없다. 공기 저항만 빼면, 모든 물체는 질량에 관계없이 똑같은 빠르기로 떨어진다. 볼링공이든, 깃털이든, 코끼리든, 개미든.

이것은 상식과 정면으로 충돌하는 사실이다. 그리고 이 사실을 처음으로 깨달은 사람이 바로 갈릴레오 갈릴레이이다. 400년 전 그가 시작한 이 발견에서 출발하여, 우리는 이번 절에서 가장 단순하면서도 가장 강력한 운동의 법칙을 만나게 된다.

핵심 질문: 가속도가 일정한 운동은 어떻게 기술할 수 있으며, 그것만으로 자유낙하와 포물선 운동을 모두 설명할 수 있을까?