수직 낙하하는 비행기 속은 무중력상태와 같습니다.

비행기가 내부에 승객들이 있는 상태에서 거꾸로 지면과 직각으로 지면을 향해서 수직 낙하한다고 가정해 보겠습니다. 

 

그런데 뉴턴이 발견한 중력은 땅위의 공중에 있는 모든 것을 아래로 떨어트리는 힘이 있습니다. 그 힘은 실내이던 공중이던 물속이던 모두 작용합니다. 

만약 엔진을 이용해 아래쪽으로 강력하게 수직 낙하하는 것이 아니라 엔진이 꺼진 상태에서 그림처럼 수직낙하 중이라면 어떨까요?

그 안에 있던 사람과 그 사람이 떨어트린 휴대폰 그리고 비행기 모두 중력에 의해 같은 속도로 낙하하고 있습니다. 그럼 비행기 안에서는 사람도 공중에 떠있고 휴대폰도 공중에 떠 있습니다. 왜냐하면 비행기도 같은 속도로 떨어지고 있기 때문이죠. 

 

무중력 상태란 중량(무게)이 0이 되는 상태를 말하는 데 무게가 0이므로 무중력 상태에서는 모든 것이 둥둥 떠다니게 되는 것입니다. 엄밀히 말하자면 중력은 항상 그 자리에 존재하는 것이지만 중량은 없는(無) 상태이므로 무중량 상태라고 해야 더 맞는 말일 것입니다.

즉, 수직으로 자유낙하 하는 비행기 내부는 모든 물체와 사람의 중량(무게)이 0이 되는 무중량 상태라고 할 수 있습니다. 

아래의 사진은 미국 4인조 락밴드 Ok Go의 무중량을 이용한 뮤직 비디오 'Upside Down & Inside Out'의 한 장면입니다.

 

 

비행기의 경우 이외에 스카이다이버의 경우도 비행기에서 뛰어내리는 순간부터 무중량 상태가 됩니다. 즉 지구의 끌어당기는 힘에 의한 중력가속도와 스카이다이버의 낙하속도는 동일하게 되어 중량은 0인 상태가 됩니다. 이 상황에서는 스카이다이버가 휴대폰을 허공에 던져도 떨어지지 않는 것처럼 느껴집니다. 휴대폰은 눈앞에 여전히 공중에 떠 있을 테니까요.

 

만약 스카이다이버가 체중계를 품에 안고 뛰어 내려서 낙하 도중 체중계 위에 올라가면 체중은 몇이 나올까요?

중력가속도=다이버 낙하속도=체중계 낙하속도 이므로 다이버의 체중은 0이 나올 것입니다.

 

지구 근방에는 지구의 중력이 작용하고, 태양계에서는 태양의 중력이 작용하고, 은하계에서는 은하 중심의 중력이 작용하는 식으로 우주 전체에 중력이 작용하지 않는 곳은 없습니다. 따라서 무중력(Zero Gravity)이라는 용어는 잘못된 단어이며, 엄격히 말하면 무중량(Weightlessness)이라고 지칭해야 올바른 말입니다.

다만, 무중력은 없으나 중력과 중력의 경계지점에서 힘의 균형이 이루어지는 지점은 존재할 수 있으며 이러한 지점들을 라그랑지 점(Lagrangian point ; 라그랑쥬라고 번역되기도 함)이라고 부릅니다.