중력(gravity )

지상에서 물체를 지구로 끌어당기는 힘. 지구의 만유인력과 자전에 의한 원심력의 합으로, 기본힘의 하나이다.


〔뉴튼의 중력〕 1665년 I. 뉴튼은 지상의 물체의 무게를 결정하는 힘과 천체간에 작용하는 힘이 똑같음을 발견했다.


뉴튼이 발견한 중력의 법칙은 「2개의 물체(球) 사이에 작용하는 힘은 인력이며, 그 크기는 두 물체의 질량에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다」는 것이다.


이 힘은 모든 물체 사이에 작용하므로 만유인력(萬有引力)이라고도 한다.


2개의 물체의 질량을 m, M, 거리를 r라고 하면, 중력의 크기 F는







이 된다.


여기서 G를 뉴튼의 만유인력의 상수라 하며, G=6.67×l0Nm/kg이다.


l9세기의 수리물리학(數理物理學)에서 중력장(重力場)이 라는 개념이 새로 도입되고, 물질이 원천이 되어 중력의 장을 발생시키며, 다른 물체는 그 중력장과 작용함으로써 힘을 받는다는 견해도 제시되었다.


질량 사이에 직접 힘이 작용한다는 견해를 원격작용론(遠隔作用論)이라 하고, 중력장을 통해 힘이 작용한다는 견해를 근접작용론이라고 한다.


〔일반상대성이론〕 1905년, A. 아인슈타인에 의해 전자기학(電磁氣學)에 관한 상대성이론이 완성되자, 중력에 대해서도 근접작용론에 의한 중력이론이 필요하게 되었다.


15년, 아인슈타인에 의한 일반상대 성이론의 제장은 그 최초의 성과였다.


이 이론은 양자론적 효과가 중요하지 않은 고전적 현상에 대해서는 정확하게 들어맞는다는 사실이 여러 가지 실험으로 검증되지만, 미시적 또는 초고(超高)에너지 현상에서의 중력 현상은 아인슈타인의 일반상대성이론만으로는 불충분하다고 생각된다.


현대의 물리학은 중력, 전자기력, 원자핵 · 소립자 현상에서 발견된 강한 상호작용, 약한 상호작용 등 4개의 기본적인 힘을 인식하고, 이러한 힘을 통일하는 시도를 하고 있다.


새로운 중력이론은 이러한 통일이론의 완성 속에서 이루어질 것으로 보인다.


〔중력질량과 관성(慣性)질량〕상대론적인 근접작용론에 따르면 중력장을 발생시키는 원천, 또는 중력장과 작용하는 결합계수(係數)의 크기로서의 질량이 있다고 한다.


이런 의미에서의 질량을 중력질량이라고 한다.


이것은 전기장(電氣場)이 전하(電荷)에 의해 발생하고, 전기장과의 작용 역시 전하에 의해 결정된다는 것과 같은 생각이다.


상대론에 의하면 질량은 에너지와 등가(等價)이므로 중력은 빛과 같이 질량이 0인 입자에 의해서도 생기며, 중력의 작용도 받는다.


질량이 갖는 또 하나의 의미는 일반적으로 힘을 받았을 때 어떤 가속도로 움직이기 시작하느냐를 결정하는 관성질량이다.


즉,







라는 것이다.


이 관성질량은 중력과는 직접적으로 관계가 없는 것처럼 생각되기 쉬우나, 어느 물체에 대해서도 중력질량과 관성질량의 비가 일정하기 때문에 동일한 것으로 간주할 수 있다.


이것은 관성과 중력이 전적으로 등가(等價)임을 뜻하는 것이며, 이 사실이 일반상대성이론의 근거 중 하나가 되었다.


〔무중량 상태〕 지구 주위를 회전하는 우주선(宇宙船)처럼 중력의 작용만으로 운동하고 있는 물체에 고정된 계(系)에서는, 중력은 항상 0이 된다.


이 상태를 무중량상태라고 한다.


이것은 중력과 관성력이 완전히 상쇄되기 때문이다.


우주선의 경우에는 회전에 의한 원심력이라는 관성력과 중력이 상쇄되고 있다.


자유낙하하는 상자의 계에서도 무중량 상태가 되는데, 이 경우에도 낙하의 가속도운동에 의한 관성력이 중력과 상쇄되기 때문이다.


〔지구와 중력〕 지상에서의 중력의 크기는 지구의 전질량에 의해 정해져 있다.


이 질량에 의한 가속도는 9.80m/s이며, 중력가속도라고 하고로 표시한다.


의 값은 지구의 회전, 모양이 완전한 구형이 아니라는 것, 조성(粗成)이 완전히 균일하지 않다는 것 등으로 인해 일정하지 않고 장소에 따라 조금씩 다르다.


지구의 내부, 산과 바다, 대기 등의 현상은 모두 중력이 지배적인 역할을 한다.


예컨대 판구조론(板構造論)이나 태풍 등도 중력의 영향하에 있는 유체나 기체가 가열되었을 때 일어나는 대류에 기인하며, 산의 높이도 중력과 물체의 견고성과의 상호관계로 결정된다.


대기 조성에서 수소가 적은 것은 중력이 작았기 때문이다.


목성에서는 수소가 82%나 되어 적도 중력은 지구의 237배나 되지만, 달의 경우에는 수소가 거의 없어 중력도 작다.


지상에 있는 생물의 구초나 생리적 기능도 중력과 밀접한 관계가 있다.


예컨대 생물의 자세를 규정하는 요인의 하나가 중력이다.


무중력 세계에서 부유하는 생물이 있다면, 그 생물은 중력의 방향에 대한 기울기나 특별한 형태가 필요없지만, 중력세계에 사는 생물은 중력에 대한 체축(體軸)의 위치를 결정해야 된다.