지구에 중력이 만들어지는 과정을 보면 태양과 같은 항성이였던 지구가
핵융합과 핵분열을 통해, 수축을 하면서 공간을 집어 당기면서 생긴거야.
수축하면서 공간을 잡아당기게 되는거지.
가령 공간의 크기가 100이라고 가정했을때, 1/10배로 축소하게 되었을때,
진공의 공간은 90%가 존재하고, 나머지 10%는 축소된 물질이 공간을 차지하고 있을꺼야.
그런데 이 진공의 공간에 작용하는 중력의 힘은 축소된 물질의 질량과 밀도에서 결정되는거지.
왜냐면 얼마나 큰 힘으로 수축했느냐에 따라서, 중력의 힘이 결정되기 때문이야.
그래서 질량이 커도 수축한 힘이 낮아서, 중력이 작은 행성이 있고,
질량이 작아도 수축한 힘이 커서, 중력이 큰 행성이 존재하지.
이번에는 중력에 대한 실험을 여러개 해볼꺼야.
첫번째는 무중력의 공간을 만드는 실험이지.
이 그림을 보면 민물 A와 바닷물이 만나는 B 지점에 물 저장탱크 D가 있어.
그리고 C-1에는 파이프가 존재하고, C-2에도 파이프가 존재하지.
현재에 D에는 공기가 가득 차있는데,
C-2의 벨브를 잠그고, C-1에서 펌프를 사용해서, 민물을 체우기 시작하는거야.
공기는 D-1을 통해 배출되는거지.
그리고 상자 안에 물을 가득체웠어, 그러면 공기 배출 밸브인 D-1과 C-1을 잠그는거야.
이 상자안에 1톤의 물이 들어간다고 가정해보자는거지.
물을 가득 체운상태에서 C-2의 밸브를 열게 되면 C-2의 밸브에서 물이 배수되기 시작하는데,
D의 물이 30%가 빠져나가고, 70%가 남았어. 이 말은 진공의 공간이 30%라는 말이겠지.
계속 점점 물이 빠져나가닌깐, C-1에서 물이 끌려 들어오면서, D로 들어오고,
C-2로 물이 계속 배수되는거야. 어느순간 C-2에서 물이 배수되지 않고 멈추게 되는데,
내부의 진공의 공간에 작용하는 중력의 힘이 물이 C-2를 통해,
배출되는 힘과 동일해지거나 더 커졌기 때문이야.
만약에 저 D탱크에 물을 10% 체워두고, C-1과 C-2 밸브를 잠그고, 가열하는거야.
물이 전부 수증기가 되고, D-1밸브로 수증기를 어느정도 빼낸 상태에서,
식히는거지. 그러면 수증기가 액체가 되면서 1/1000배로 수축하는데,
이때 액체의 총 질량에 비례해서 공간에 작용하는 중력의 힘이 결정되는데,
액체로 만든상태에서 C-1 밸브를 열면, 그 공간으로 물이 끌려들어오는데,
이때 단순하게 기압 차이에 의해서 민물이 유입되는게 아니라
수증기가 액체로 되면서 만든 중력의 힘이 작용되서, 빠르게 더 많이 유입된다는거지.
그러면 이 사실을 완벽하게 이해 했다면 증명 할수있는 사실이 있는데,
진공의 공간에서 자유낙하 실험을 하면 깃털과 쇠구슬도 모두 동일하게 떨어지고,
중력 가속도가 9.8N이라는 것을 알수있어.
그런데 이 원리를 적용해서,
우리가 알던 자유낙하 실험의 9.8N의 중력 가속도를 다르게 만들수있다는거야.
자유낙하 실험을 하기 위한 설치된 특수 고압 아크릴 상자인데,
이 상자 A에는 물 50%와 공기 50%로 차 있어.
그 물을 가열하는거야. 물이 전부 수증기가 되면서,
A-1 공기 배출구를 통해서 수증기와 공기를 배출하는거야.
수증기가 되어 물이 30% 빠져나가게 되고, 공기가 전부 빠져나가게 되서
수증기만 남게 되는거야. 그때 A-1의 밸브를 잠그고,
식히게 되면 A 상자 안에는 물 20%와 나머지 80%는 진공의 공간이 되는거지.
물 20%는 지구의 중력에 영향을 받아서, C존(C-Z)에 최저층에 있을꺼고, 80%는 진공이 되는데,
이때 이 특수 상자에서 만들어지는 중력의 힘이 1N이라고 가정하는거야.
그 다음 B존(B-Z)에서 물품을 자유 낙하하게 되면
물질이 B존에서 부터 A까지 갈때는 중력가속도 9.8N + 수증기가 액체가 되면서 수축되어 생긴 중력의 힘이 합쳐져서,
10.8N의 가속도로 물질이 낙하하게 되고,
A를 넘어서 내려가게 되면 9.8N에서 -1N만큼 감소되어. 8.8N의 속도로 내려간다는거지.
왜냐면 중력이라는것은 그 공간의 중심으로 물질이 끌려가기 때문이야.
중력의 힘이 이렇게 A존으로 작용하기 때문에, 수직낙하는 A존 중심에서 해야돼,
A존이 아니라 왼쪽 끝이거나 오른쪽 끝에 두면 중력의 힘이 다르게 작용하고,
물질이 옆으로 이동하면서, 수직 하락이 아니라 궤도를 변경하겠지
정리하자면 자유낙하를 하게 되면 B 존에서 A 존까지 갈때까지는 10.8N의 가속도를 가지며 자유낙하를 하고,
A존 부터 C존까지 갈때에는 8.8N의 가속도를 가지며 자유낙하를 하게 된다는거지.
물론 미세한 차이가 있겠고, 중심이 아니라 왼쪽이나 오른쪽에 두면 상자 안에 만들어진 중력의 힘에 의해서
궤도가 변경되는데, 그 궤도를 변경하는 힘 만큼 중력 가속도를 적게 만들게 되는거야.
이 실험은 자유 낙하 실험에서 9.8의 값만 관측되는데, 그 상자 안에 중력을 만들어서,
중력 가속도가 9.8N이 아닌 다른 값을 가지게 만드는 실험이고,
중력의 실체를 이해하는 실험이라고 할수있지.
인류가 언제인가 지구를 나가서, 우주를 개척할텐데,
인공 중력을 가진 우주선이나 구조물을 만들려면 인공 중력을 만들수 있어야돼,
지금 그 인공 중력을 만든거야.
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