궤도를 도는 우주인들에 미치는 중력

왜 우주비행사들은 지구 가까이에 있음에도 무게가 없는 것 처럼 보일까??

우주인들의 사진이나 장면을 보면,

그곳에는 중력이 없는 것 처럼 보입니다

모든 것이 한 방향으로 떨어지지 않습니다
사실상 위아래 조차 명확하지 않습니다

모든것이 둥둥 떠다니죠

만약 제가 이 벽을 밀면

저는 이 방향으로 둥둥 떠다니겠죠

그러니까, 모든 것을 끌어당기는
중력같은 중요한 힘이없어 보입니다

하지만 의문점은 이 우주인들이 여전히
거대한 몸체와 멀리 떨어져 있지 않다는 겁니다

사실 우주선은 지구의 표면과
겨우 200마일(320km) 정도 떨어져 있습니다

따라서 우주선을 그려보면
아마 여기쯤에 있을겁니다

그리고 두 물체 사이 중력의 힘을 구하는 공식은

(중력 상수G) x(첫번째 물체의 질량)x
(두번째 물체의 질량) 의 값을

(두 물체의 거리를 제곱한 값)으로
나눈 것과 같습니다

우주선이 바로 여기에 있다면

즉 지구 표면으로부터
몇 백 마일 정도 떨어져 있다면

'r(두 물체 사이의 거리)'은 크게 다르지 않습니다
지구 표면 위에 있을 때보다 조금 더 크겠죠

'r'은 지구의 중심으로부터 여러분이 있는 곳까지의
거리를 의미한다는걸 기억하세요

또는'r'은 물체의 중심과 지구의 중심 사이의
거리입니다

여기서 지구의 반지름이 대부분의 거리를
차지합니다

따라서, 제가 만약 지구 표면 위에 있다면,

또는 지구의 표면으로부터
고작 몇 백마일 정도 떨어져 있다면

"r"은 크게 바뀌지 않을 것입니다

이렇게 본다면

지구로부터 고작 몇 백 마일 떨어진
우주인의 중력은

지구 표면 위에 있는 사람과
크게 다르지 않다는 것이 명확합니다

그렇다면 제 질문은 어떻게 되는 걸까요?

우주에 중력이 반드시 있다면,
사진 속 사람들은 어떡해 떠다닐 수 있을까요?

답은, 우주에는 중력이 있고
이 사람들은 실제로 떨어지고 있다는 겁니다

지구와 상대적으로 빠르게
움직이고 있기 떄문에 잊고 있는 것이죠

제가 무슨 말을 하는지 설명해 드리겠습니다

제가 만약에

아프리카에서 무언가를 쏜다고 합시다

제가 아주 좋은 새총으로 무언가를 45도로
정말 빠르게 던진다고 합시다

아마도 날라가서 다른 곳을 맞추겠죠

엄청난 성능의 새총입니다

방금 몇 천 마일을 날았죠, 적어도 천 마일을요

조금 더 빠르게, 더 많은 힘을 실으면

발사체가 조금 더 빠르고, 멀리 날아가겠죠

하지만 결국 지구로 떨어질 겁니다

발사체를 조금 더 빠르게 날아가도록 하죠

그러나 결국은 지구에 떨어집니다

발사체를 더 빠르게 날려봅시다
그러나 아직도 지구에 떨어지겠죠

여러분은 뭔가를 알아차릴 수 있을 거예요

더 더 빨리 날아가게 합시다

더 빠르게 하면, 결국 지구에 떨어집니다
이것보다 더 빠른 것도 말이죠

만약 어떤 물체를 보다 더 빠르게 던진다면
물체는 아주 멀리 날아가 지구로 떨어질겁니다

어떤 일이 일어나는지 보이죠

매번 더 빠르고, 더 빠르게 발사체를 던지면
더 멀리 멀리 날아갑니다

발사체가 날아가는 어느 정도의 속력까지는
매번 지구에 떨어지려 할 것입니다

너무 빨라서 지구를 벗어나죠

지구 주위를 계속 둥글게 돌 것입니다
그리고 이런 발사체는 궤도 안에 있겠죠

발사체에 중력이 없다면 발사체는
우주로 곧장 나아가게 된다는 거죠

하지만 중력이 있기에 끊임없이 지구의 중심을
향해서 당겨지는 것입니다

설명하기 더 좋은 방법이 있을 것 같네요

바로 중력이 이 현상을 일으킵니다
우리가 말하는 것이 어느 발사체이든

발사체는 둥글게 궤도를 돌고
만약 충분히 빠르다면 지구를 계속 돌겠죠

그리고 우주선처럼 충분히 높이 올라 간다면
공기가 없습니다

따라서, 눈에 뜰만한 저항이 없습니다

발사체는 상당히 많은 시간동안 움직일 수 있습니다

인공위성을 느리게 하는
아주 적은 양의 저항이 있기는 합니다

적은 양의 공기 저항이 있기 때문이죠

따라서 수수께끼의 정답은 중력이 있다는 것 입니다

우주인과 우주선 등 우주에 있는
모든 물체는 떨어지고 있지만

충분히 빠르게 움직여서 지구를 치지 않는 것입니다
계속해서 지구를 빗나갑니다

계속 둥글게 둥글게 도는거죠

하지만 온전히 중력의 영향 아래 있기에

만약 그들이 속도를 낮춘다면

여기서 브레이크를 걸면
모두들 지구로 떨어질 것입니다

3~400마일 정도에서 갑자기 중력이 사라지는건
특별한 일이 아닌거죠

어느 정도에서 중력의 영향은 계속 존재합니다

어느 지점에서는 눈에 띄게 적을 수 있지만
몇 백 마일 위로는 반드시 중력이 존재합니다

궤도를 빠르게 돌아서 계속 떨어지고 있는 거죠
우주선은 절대로 지구와 충돌하지 않습니다

만약 중력을 체험하고 싶다면
나사가 이 원리를 이용해 만든 '토 나오는 로켓'

이라는 비행기에사람을 태운 뒤
중력을 체험하게 하죠

그리고 포물선 운동을 하게 됩니다
여기가 땅이라고 하고 운동을 설명하겠습니다

비행기는 이륙한 후 자유낙하를 하는 물체나
포물선 운동을 하는 물체와 같아지죠

따라서 이 비행기를 탄 사람은
자유낙하를 경험하게 됩니다

만약 여러분이 뛰어내리거나, 번지점프를 하거나
스카이 다이빙을 하거나

롤러코스터를 탔을 때 꼭대기에서
여러분을 아래로 끌어 당기면서

배에서 느껴지는 느낌은
자유낙하의 느낌과 비슷합니다

바로 그 느낌이 우주인들의 느낌과 같습니다,
왜냐하면 계속 자유낙하를 하는 상태이기 때문이죠

하지만 그 느낌은 깊은 우주에 있거나
알아챌만한 질량을 가진 물체와 가까지 있지 않다면

그 느낌을 구분할 수 없습니다

바로 그 느낌이 주변에 중력이 존재하지 않을 때의
느낌과 동일합니다

이제 조금 알겠나요?
우주선에 앉아 아무런 창문도 없고

질량을 가진 물체와 가까이 있는지 알 수 없거나
자유 낙하를 하고 있다면

그들은 궤도에 있거나

질량을 가진 물체와 아주 멀리 떨어져 있습니다
또는 아주 작은 중력이 존재하죠