컵에 담긴 물을 빠르게 원을 그리며 돌렸을 때 물이 쏟아지지 않는 이유는?

Question

안녕하세요. 컵에 담긴 물을 빠르게 원을 그리며 돌렸을 때 물이 쏟아지지 않는 이유는 컵에 작용하는 원심력 때문인가요? 아니면 이 상황에 작용하는 다른 힘의 결과인 것인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 신광현 전문가입니다.

컵에 담긴 물을 빠르게 원을 그리며 돌릴 때 물이 쏟아지지 않는 이유는 구심력 때문입니다. 원심력은 허구적 힘일 뿐이며, 실제로는 컵 바닥이 물을 중심 방향으로 누르는 구심력이 중력을 능가해 물을 제자리에 붙잡습니다.원리 설명빠른 원운동 시 물은 뉴턴 제1법칙(관성법칙)에 따라 직진하려 하지만, 컵 바닥이 원의 중심을 향해 밀며 **구심력(F = mv²/r)**을 제공합니다.

이 구심력이 중력(mg)을 넘으면 컵이 거꾸로 되어도 물이 바닥에 달라붙어 쏟아지지 않습니다. 속도(v)가 빠르고 반경(r)이 작을수록 구심력이 세집니다.

실험 조건천천히 돌리면 구심력 < 중력으로 물이 떨어짐.충분히 빠르면 구심력 > 중력으로 안정 유지.

최소 속도: 컵 높이(h)에서 [ v = 루트{gr} ] 이상 필요 (g:중력가속도).