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만유인력 계산기

구하고 싶은 값을 고르세요. 두 질량 사이의 힘, 두 질량 중 하나, 거리, 또는 행성 위 어떤 높이에서의 중력 세기 중 하나입니다. 나머지 값을 입력하면 원하는 단위로 답을 얻고, 그 힘이 일으키는 가속도와 숫자를 대입한 식도 함께 볼 수 있습니다. 무료이며 회원가입이 필요 없고, 모든 계산은 브라우저에서 실행됩니다.

무엇을 구하고 싶나요?
구할 값

중심에서 중심까지 잽니다. 지구 위에 선 사람이라면 지구의 반지름을 사용하세요.

결과

1.982 × 10²⁰ N

중력

3.318 × 10⁻⁵ m/s²

m₁의 가속도

0.002698 m/s²

m₂의 가속도

풀이 과정

F = G m₁ m₂ / r²

F = 6.6743 × 10⁻¹¹ × 5.9722 × 10²⁴ × 7.346 × 10²² / (3.844 × 10⁸)²

F = 1.982 × 10²⁰ N

서로 끌어당기는 두 질량거리 r만큼 떨어진 두 원에 각각 m1과 m2가 표시되어 있고, 각 원에서 상대 쪽을 향하며 F라고 표시된 화살표가 있습니다.m₁m₂FFr
두 질량은 같은 힘 F로 서로를 끌어당기며, 방향은 반대입니다.

점질량 또는 균일한 구를 가정합니다. 이들의 인력은 모든 질량이 중심에 모인 것처럼 작용합니다(뉴턴의 구 정리). 자전, 조석, 그리고 달이나 태양이 표면 위 한 점에 주는 인력은 무시합니다.

만유인력 계산기 사용 방법

  1. 1. 계산을 고르세요. 두 질량 사이의 힘은 임의의 두 물체에 뉴턴의 법칙을 적용합니다. 중력장의 세기는 행성, 위성 또는 별 위 어떤 높이에서의 g를 구합니다.
  2. 2. 구할 값을 고르세요. 구할 값의 입력 칸은 답으로 바뀝니다. 나머지 칸을 채우세요. 칸마다 자체 단위 메뉴가 있어, 킬로그램을 지구 질량으로, 미터를 천문단위로 바꿀 수 있습니다. 5.97e24 같은 지수 표기도 입력할 수 있습니다. 작업이 끝난 숫자 세트를 원하면 예시에서 시작하세요.
  3. 3. 풀이 과정을 확인하세요. 식에 SI 단위로 값을 대입한 모습을 보여 주므로, 직접 계산한 결과와 한 줄씩 맞춰 볼 수 있습니다.
  4. 4. 정밀도를 정하세요. 결과는 유효숫자 3–6자리로 반올림되며, 계산 자체는 항상 전체 정밀도로 수행됩니다.

뉴턴의 만유인력 법칙

힘

F = G m₁ m₂ / r²

중력장의 세기

g = G M / (R + h)²

모든 질량은 다른 모든 질량을 끌어당기며, 그 힘은 두 질량의 곱에 비례하고 두 질량 중심 사이 거리의 제곱에 반비례합니다. G는 중력 상수로, 6.6743 × 10−11 N·m²/kg²입니다(CODATA 2022, 불확도 약 0.0023%). 기본 상수 가운데 가장 덜 정밀하게 알려진 값입니다(NIST CODATA 표 참고). G가 매우 작기 때문에 중력은 질량 중 하나가 행성 크기일 때에만 뚜렷하게 느껴집니다.

공식의 두 힘은 한 쌍입니다. 물체 1이 물체 2를 당기는 힘과 물체 2가 물체 1을 당기는 힘은 크기가 같고 방향은 반대입니다(뉴턴의 제3법칙). 하지만 가속도는 서로 다른데, 가속도는 힘을 질량으로 나눈 값이기 때문입니다. 그래서 계산기는 a₁과 a₂를 따로 보고합니다. 법칙과 그 풀이 예제는 OpenStax University Physics 13.1절에 있습니다.

실제 예시

  1. 지구와 달 (기본 예시). M⊕ = 5.9722 × 1024 kg, m☾ = 7.346 × 1022 kg, 평균 거리 384,400 km이면 F = 1.982 × 1020 N입니다. 지구는 달 쪽으로 3.318 × 10−5 m/s²의 가속도로, 달은 지구 쪽으로 0.002698 m/s²의 가속도로 움직입니다.
  2. 지구 위의 70 kg인 사람. 지구의 평균 반지름 6,371 km를 거리로 쓰면 F = 687.4 N이고, 이 사람의 가속도는 9.820 m/s²입니다. 이것은 곧 무게 W = mg이며, g ≈ 9.8 m/s²인 이유이기도 합니다.
  3. 1 m 떨어진 70 kg인 두 사람. F = 3.270 × 10−7 N입니다. 1 마이크로뉴턴의 3분의 1 정도로, 느낄 수도 없고 마찰을 이길 수도 없을 만큼 작습니다.
  4. 태양과 지구. 태양의 질량 1.9884 × 1030 kg, 거리 149,598,000 km이면 F = 3.542 × 1022 N이며, 이것이 지구를 궤도에 붙잡아 두는 힘입니다.

고도에서의 중력

중력은 행성 표면이 아니라 행성 중심으로부터의 거리의 제곱에 따라 약해집니다. 국제우주정거장 궤도 높이에 해당하는 지구 위 408 km까지 올라가면 거리는 6,371 km에서 6,779 km로 늘어납니다. 그러면 중력 세기는 g = 8.674 m/s²로 떨어지며, 이는 표면값의 88.33%입니다. 우주의 경계로 여겨지는 카르만 라인 높이 100 km에서도 여전히 9.519 m/s²(96.93%)입니다. 정지궤도 고도인 35,786 km에서도 g는 0.2243 m/s²으로, 표면값의 약 2.3%이며 0이 아닙니다.

우주비행사가 무중력 상태인 이유는 중력이 사라져서가 아닙니다

408 km 높이에서도 중력은 지상에서 느끼는 값의 거의 90%입니다. 우주비행사가 떠 있는 이유는 자신과 우주정거장이 지구 둘레를 계속 자유 낙하하며 함께 가속하기 때문입니다. 중력에서 완전히 벗어나려면 무한히 먼 거리가 필요합니다. 중력은 그저 점점 약해질 뿐입니다.

가정과 한계

  • 점질량 또는 균일한 구. 뉴턴의 구 정리에 따르면 구대칭인 물체는 질량이 모두 중심에 모인 것처럼 끌어당기므로, 행성과 별에도 같은 식을 쓸 수 있습니다. 불규칙하거나 구형이 아닌 물체에서는 결과가 근사치입니다.
  • 거리는 중심에서 중심까지입니다. 표면 사이의 간격을 넣는 것이 과제 답안에서 가장 흔한 실수입니다. 두 반지름을 모두 더하세요.
  • 뉴턴의 중력. 떨어지는 사과부터 행성의 궤도까지 대부분에 충분합니다. 매우 강한 중력장이나 매우 정밀한 궤도(수성의 근일점 이동, GPS 시계)에는 일반 상대성이론이 필요합니다.
  • 천체 자료. 프리셋은 NASA 행성 사실 자료의 질량과 부피 평균 반지름을 사용합니다. 기체 행성에는 고체 표면이 없으므로 반지름을 1바(bar) 기압면에서 잡으며, 실제 표면 중력은 위도와 자전에 따라 달라집니다.

자주 묻는 질문

만유인력의 공식은 무엇인가요?
F = G m₁ m₂ / r²입니다. 여기서 G = 6.6743 × 10−11 N·m²/kg², m₁과 m₂는 두 질량(kg), r은 두 질량 중심 사이의 거리(m)입니다. 답은 뉴턴(N) 단위입니다. 어느 한 질량을 두 배로 하면 힘도 두 배가 되고, 거리를 두 배로 하면 힘은 4분의 1이 됩니다.
G의 값은 얼마이며, 왜 측정하기 어려운가요?
2022년 CODATA 권장값은 6.67430 × 10−11 m³ kg⁻¹ s⁻²이며, 불확도는 약 22 ppm(백만분율)입니다. 중력은 가장 약한 힘이므로, 실험실에서는 진동과 열잡음 속에서 작은 질량 사이의 미세한 힘을 측정해야 합니다. 실험마다 결과가 아직 조금씩 다릅니다.
다른 행성에서의 g는 어떻게 구하나요?
중력장 세기 모드에서 행성 프리셋을 고르고 고도를 0으로 설정하세요. g = GM/R²입니다. 화성에서는 약 3.73 m/s², 달에서는 약 1.62 m/s²입니다. 질량과 반지름은 NASA 행성 사실 자료에서 가져온 값입니다.
답이 왜 이렇게 작게 나오나요?
일상적인 물체 사이의 중력은 실제로 매우 작습니다. 1 m 떨어진 70 kg인 두 사람은 약 3 × 10−7 N의 힘으로만 서로를 끌어당깁니다. 단위도 확인하세요. 킬로미터로 입력한 거리를 미터로 잘못 읽으면 힘이 백만 배 달라집니다.
중력과 무게의 차이는 무엇인가요?
무게는 큰 물체, 보통 지구가 물체에 작용하는 중력입니다. W = mg이며, 여기서 g는 그 위치의 GM/R²입니다. 만유인력 계산기와 무게 공식은 일치합니다. 지구 표면의 70 kg인 사람은 687.4 N을 느낍니다.
중력은 언젠가 0이 되나요?
유한한 거리에서는 0이 되지 않습니다. 힘은 1/r²에 따라 줄어들어 매우 작아지지만 정확히 0이 되지는 않습니다. 두 물체 사이에는 당기는 힘이 서로 상쇄되는 지점이 있지만, 각 물체가 당기는 힘은 여전히 작용합니다.

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