무중력 상태에 대하여

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무중력 상태

 

1). 무중력상태에서 촛불의 불꽃 모양은 지상에서의 촛불 모양과 어떤 차이가 있나요?

▶답

: 지상에서의 불꽃 모양은 위로 올라가는 모양을 하고 있죠. 이러한 모양이 가능한 것은 중력 때문입니다. 빛과 열을 내면, 밀도가 주변 공기보다 작아져 위로 올라가는데, 밀도는 중력이 있을 때 나타납니다. 만약 중력이 없다면, 위/아래의 차이가 없는 동그란 모양을 합니다.

 

2). 무중력 상태를 경험하기 위하여 지난번 첼린저호를 타고 가는 도중에 큰 사고가 일어난 적이 있다. 지표에서도 무중력 상태를 경험하게 되는데 도대체 무중력 상태란 어떤 경우를 말하는가?

 

▶답 : 자유낙하 운동을 하면서 무중력 상태를 경험해 볼 수 있다. 즉 번지 점프나 독수리 요새 등의 기구를 타면 몇 초 동안 자유낙하 운동을 하는데, 그 동안 무중력 상태를 느끼게 된다.

○ 우주 여행(지구와 달 사이)

 

(부연). 우리는 지금 지구의 중력이 끊임없이 작용하는 장소에 살고 있다. 이런 상황에서 무중력 상태가 어떻게 가능한가?

 

▶답 : 무중력 상태란 중력이 없다는 뜻이 아니고 중력의 효과를 느끼지 못한다는 뜻이다. 보통 우리가 어딘 가에 서있거나 앉아있는 경우, 우리 몸에는 중력과 수직항력이 함께 작용하게 되는데 중력은 아래쪽으로 잡아당기는 힘이고 수직항력은 위로 밀어올리는 힘이기 때문에 우리 몸은 서로 반대 방향의 힘을 동시에 받는 셈이고 따라서 몸이 짜부라지는 느낌을 받게 된다. 즉, 우리는 엄밀히 말해서 중력 자체를 느끼는 것이 아니라 중력과 수직항력이 서로 반대 방향으로 작용하기 때문에 나타나는 짜부라지는 느낌을 받는 것이다. 그런데 자유낙하 운동을 하면 우리 몸이 아래의 바닥을 누르는 것이 불가능하므로, 수직항력이 나타나지 않게 되는 것이다. 즉, 중력만 받게 되어 짜부라지는 느낌이 없게 되는 것이다. 이것이 곧 무중력 상태이다.

 

(부연). 그러면 무중력 상태란 어떤 것인지 그 정의를 내려 보라.

 

▶답 : 역설적인 이야기이지만 중력만 작용할 경우에는 우리 몸은 일반적으로 말하는 중력의 효과를 느낄 수 없는데, 바로 이러한 경우를 무중력 상태라고 하는 것이다.

 

(부연). 중력은 작용하는데 수직항력은 작용하지 않는 경우가 어떻게 자유낙하 때 일어나는 걸까?

 

▶답 : 수직항력은 우리 몸이 바닥을 누르는 힘의 반작용인데 우리 몸과 바닥이 나란히 자유낙하 운동을 하면, 우리 몸이 바닥을 누르는 것이 불가능하다. 매 순간 순간마다 몸과 바닥이 똑같은 속력으로 아래를 향해 움직이고 있을 테니까. 이런 상황에서는 누르는 힘이 나타날 수 없고 따라서 누르는 힘의 반작용인 수직항력도 없는 것이다. 즉, 몸에는 중력만이 작용하는 것이다.

 

(부연). 그러면 낙하산을 타고 떨어지는 경우에도 무중력 상태를 경험할 수 있다고 말할 수 있는가?

 

▶답 : 그렇지 않다. 지구의 대기권내에서는 공기의 저항력이 중력과 반대 방향으로 작용하기 때문이다. 대기가 없는 곳 즉 달에서는 무중력이 가능한 것이다.

 

(부연). 그 지구 주위를 도는 우주비행사는 무중력 상태를 경험하게 될까요?

 

▶답 : 지구 주위를 도는 물체의 경우도 연직 방향만 보면 중력만 작용한다는 점에서 자유낙하와 동일하다고 볼 수 있다. 여기서도 수직항력은 나타나지 않기 때문이다. 적어도 연직 방향의 운동만 보면 지구 주위를 도는 원운동과 자유낙하 운동은 본질적으로 같은 운동이다.

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