안녕하세요~ 아시아 툴텍입니다.여러분은 우주를 떠올리면 가장 먼저 떠오르는 현상은 무엇일까요?
저는 우주선에 타고 있는 사람들이 공중에 떠 있는 모습이 떠오릅니다.
이런 현상이 생기는 이유는 아무래도 우주라는 공간은 ‘무중력’이라는 상태에 있기 때문이라고 생각합니다.
중력이 없다. ‘무중력’이라는 과학 표현은 생각보다 우리 주변에서 많이 사용되고 있습니다.정말 우주는 중력이 없는 무중력 상태일까요?
이런 현상을 알아보기 전에 ‘중력’이 무엇인지 살펴봅시다.’중력’은 지구의 ‘만유인력’에 의한 힘을 가리키는 표현입니다.
‘만유인력’은 우주상의 모든 물체 사이에 작용하는 서로가 서로를 끌어당기는 힘입니다.
질량을 가진 모든 물체는 만유인력을 가지고 있고 지구도 질량을 갖는(매우 큰 질량을 가진) 물체이기 때문에 만유인력을 당연히 가지고 있습니다.
이러한 만유인력의 영향으로 우리는 우주로 날아가지 않고 지구에 붙어 있을 수 있고 지구의 모든 물체는 바닥으로 떨어지게 되는 것입니다.
그래서 우리는 ‘바닥에 떨어진다’= ‘중력이 있다’를 동일하게 취급합니다.
이와 반대로 우주에서는 지구에서 ‘중력’의 영향을 받고 있는 상황처럼 모든 물체가 바닥으로 (지구로) 떨어지지 않고 공중에 둥둥 떠 있습니다.그래서 우리는 우주를 ‘중력’이 존재하지 않는 ‘무중력 상태’라고 부르는 것입니다.
그럼 실제로는 중력이 존재하는데 왜 우주에서는 물체가 떨어지지 않고 내 주위에 둥둥 떠있을까요?
수직항력과원운동이라는두개념을통해서이원인을이해할수있습니다.
지구에 있을 때 물체가 떨어지는 이유는 간단합니다.
저는 ‘정지’ 상태지만 사과는 땅에 접촉하지 않고 ‘수직항력’이 없기 때문에 ‘중력’을 상쇄시킬 수 없습니다.
결국 ‘중력’이라는 힘을 받은 사과는 ‘가속도’를 가지고 땅에 떨어지게 됩니다.(F=ma를 이용하여 가속도 a를 구할 수 있습니다.)
만약에나와물체가같이떨어진다면어떻게될까요?
정답은 ‘중력을 느끼지 않는다’입니다.
지구에서는 물체의 무게에 관계없이 같은 ‘가속도’를 갖기 때문에 저와 같은 ‘가속도’를 가지고 떨어져 있는 물체를 보면 제 눈앞에 ‘정지’되어 있는 것처럼 보입니다.
이를 이용해 우주인들의 무중력 훈련을 하기도 합니다.
아직 하나 남았어요!
우주에 있어도 ‘중력’이 있기 때문에 ‘나’와 ‘물체’는 분명 ‘중력’의 영향을 받아 지구로 떨어져야 하는데 왜 저는 지구에 떨어지지 않고 우주에서 계속 머무를 수 있을까요.
가속도를이용해서이내용을설명할수있습니다.
물체에 힘을 가하면 가속도가 생기고(F=ma)가 가속도이기 때문에 ‘속도’가 변화하게 됩니다.
문제는 ‘속도’는 ‘방향’과 ‘속력’이라는 두 개념을 동시에 갖고 있는 특별한 존재라는 것입니다.이렇게방향과크기를가지는것을벡터라고도합니다.
어떤 물체가 ‘가속도’를 가질 때 ‘속력’은 전혀 변하지 않고 속도의 ‘방향’만 바뀌는 경우도 가속도를 받고 있다고 볼 수 있습니다.
이런 대표적인 사례가 ‘원운동’을 하는 경우입니다.
어떤 물체가 다른 물체 주위를 ‘원운동’하고 있는 경우 ‘가속도’를 받아도 속도는 전혀 변하지 않고 방향만 계속 바뀔 수 있습니다.
지구 주위를 도는 인공위성, 우주정거장은 모두 지구 주위를 맴도는 ‘원운동’을 하고 있기 때문에 인공위성과 우주정거장은 지구에 떨어지지 않는군요, 우주공간에서는 어떤 신체 변화가 있을까요?국제우주정거장과 같은 우주공간에서 생활하는 우주인들은 어떤 신체변화를 느낄까요?
우선 우리가 멀미나 차멀미를 하듯이 우주비행사들은 우주선 멀미를 한다고 합니다.귓속 전정기관에 있는 이석이나 림프액이 중력의 영향을 받아 우리 몸의 평행감각을 느끼게 하지만 중력이 없는 상태에서는 이석이나 림프액이 공중에 떠버리므로 감각세포를 제대로 자극하지 못해 평행감각을 잃어버릴 수 있습니다.
이것이 우주 멀미라고 해서 지구상에서 겪는 멀미와 같은 증상인데, 인간의 신체는 실로 묘한 것입니다.
우주인들은 2~3일 정도 우주의 무중력 상태에 적응하면 우주 취기가 사라진다고 합니다.
우리는 지구상에서 중력에 의해 하반신에 체액이 많이 모이지만 우주에서는 무중력에 의해 체액이 신체의 각 부위에 고르게 분포합니다.
그에 따라 다리와 허리는 가늘어지고 얼굴 등 상반신 부위가 붓습니다.우주에서는 키도 커진다는데 척추 사이가 벌어지기 때문입니다.
키가 커도 좋을건 없어요.
척추 사이가 벌어진 반면 이를 지탱해주는 근육은 강화되지 않아 허리 통증이 생길 수 있기 때문입니다.
우리가 인체 시계를 따라 낮에는 일어나서 일을 하고 밤에는 잠을 자고 휴식을 취하고 있습니다.
그런데 우주에서는 밤낮이 너무 자주 바뀌어서 인체시계가 혼란을 가져오는데요.그로 인해 체온을 조절하는 자율신경계와 호르몬도 인체시계의 일정한 리듬을 잃고 우주인들은 우울증이나 밤낮을 가리지 못하는 우주 시차병에 걸리기도 한다고 합니다.
오늘은 무중력에 대한 정보를 소개해 드리도록 하겠습니다.
우주로의 여행이 점점 현실의 가능성이 보이고 있는 최근의 소식을 보면서 우주에 관한 지식을 많은 분들과 공부하면 좋을 것 같습니다!