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무거운 사람이 미끄럼틀을 타면 더 빨리 내려오나요?

자유낙하의 경우 무게는 크게 상관이 없이 똑같은 속도로 떨어진다고 알고있는데 미끄럼틀을 타는 경우에는 무거운 사람이 더 빨리 내려오지 않나요? 이유가 궁금합니다

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  • 안녕하세요.

    기본적으로 중력은 모든 물체에 대해 동일한 가속도를 제공하지만, 실제 움직임은 물체의 질량과 마찰력, 공기 저항의 영향을 받습니다. 중력은 물체의 질량에 비례하는 힘을 제공하므로, 무게가 무거운 사람이 받는 중력의 크기도 더 큽니다. 이로 인해 미끄럼틀에서는 무거운 사람이 더 큰 중력 가속을 받아 이론적으로는 더 빠른 속도로 내려올 수 있습니다.
    미끄럼틀과의 마찰력은 사람의 무게와 접촉면적에 영향을 받습니다. 마찰력은 보통 노멀 힘ㅡ수직 방향의 힘ㅡ에 비례하므로, 무거운 사람이 미끄럼틀에 가하는 압력이 더 크고, 따라서 마찰력도 더 클 수 있습니다. 그러나 미끄럼틀의 재질이나 상태, 또는 타는 사람의 옷차림 등에 따라 실제 마찰력은 달라질 수 있습니다.
    공기 저항은 물체의 속도와 면적에 비례하여 작용합니다. 큰 체격을 가진 사람은 더 큰 공기 저항을 받을 수 있지만, 일반적인 미끄럼틀 사용에서 이러한 차이가 눈에 띄게 속도에 영향을 미치는 경우는 드뭅니다. 그럼에도 불구하고, 고속에서는 이를 고려할 필요가 있습니다.
    실제로 미끄럼틀에서 무거운 사람이 더 빨리 내려오는 것은 관찰될 수 있으나, 이는 중력 가속도의 영향이 마찰력과 공기 저항의 영향을 상쇄하기 때문입니다. 마찰력이 증가함에도 불구하고, 더 큰 중력 가속도가 이를 능가할 수 있기 때문에 실제 내려오는 속도가 더 빠를 수 있습니다.
    이러한 현상을 실험적으로 검증하기 위해서는 미끄럼틀의 경사, 재질, 사용자의 체형, 옷차림 등 여러 변수를 통제하여 실험을 설계할 필요가 있습니다. 각 요소가 미끄럼틀에서의 내려오는 속도에 미치는 영향을 정확히 파악하면, 물리학적 원리와 현상을 이해하는데 도움이 될 것입니다.
    추가로 더 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Physics for Scientists and Engineers (Serway & Jewett)와 같은 문헌을 추천드립니다.