d라이브러리

시원이와 친구들이 모두 비행기에서 뛰어내리자 그제서야 만수르가 기다렸다는 듯이 말을 시작했어요.
“다 뛰어내렸나? 그럼 이제 대결을 시작한다!”
“뭐? 무슨 소리야? 이 와중에 대결이라니? 너 설마!”



“나는 또 다른 멤버, 만수르다.”

알고 보니 만수르는 비밀과학집단의 또 다른 멤버였어요. 극한 훈련으로 비밀과학수사대 친구들을 괴롭혀 지치게 만들 속셈이었지요.

“으아아아아~! 너무 빨리 떨어져!”

시원이와 친구들은 만수르의 정체에 놀랄 겨를도 없이 빠르게 아래로 떨어졌어요. 시원이는 다급한 마음에 낙하산을 펼치는 버튼을 찾았지만, 웬일인지 버튼을 눌러도 낙하산이 펴지질 않았죠.

“아! 말한다는 걸 깜빡했군. 낙하산은 펴지지 않을 거야.”

만수르가 아무렇지도 않은 듯 얘기하자 시원이와 친구들은 공포에 질렸어요.

“뭐어? 그럼 어떡해? 이대로 떨어지란 말이야?”
놀란 시원이가 소리치자 만수르가 다시 입을 열었어요.
 

“워워~, 진정해. 한 가지 방법이 있어. 내가 내는 문제의 정답을 맞히면 낙하산을 펴고 안전하게 착지할 수 있을 거야. 다들 준비 됐나?”

“얼른 문제를 알려 줘!”

떨어지는 동안은 몸무게가 0?!

‘왜 사과는 땅에 수직으로 떨어지는 걸까?’

뉴턴은 지구가 중심방향으로 물체를 끌어당기는 ‘중력’의 존재를 처음으로 알아냈어요. 이와 관련해선 뉴턴이 사과 나무 아래에서 쉬다가 땅바닥으로 곧게 떨어지는 사과를 보고 중력을 알아냈단 이야기가 전해져 오고 있지요.

사과가 땅에 수직으로만 떨어지고, 비스듬하게 떨어지지 않는 이유를 알아낸 거예요.

그런데 지구가 사과를 끌어당긴다면 왜 사과가 땅에 닿았을 때 멈추는 걸까요? 사과가 땅을 뚫고 계속 지구 중심 방향으로 내려가야 하는 거 아닐까요?

그건 지구가 사과를 끌어당기는 힘과 똑같은 크기로 땅이 사과를 떠받들고 있기 때문이에요. 우리가 체중계 위에 올라가서 몸무게를 잴수 있는 것도 바로 체중계가 우리를 떠받드는 힘이 있기 때문이지요. 즉, 우리가 체중계를 통해 보는 숫자는 체중계가 우리를 떠받드는 힘의 크기인 셈이지요.

엘리베이터에서 몸무게를 재 보면 이 원리를 쉽게 이해할 수 있어요. 엘리베이터가 올라가기 시작할 때를 상상해 볼까요? 그땐 엘리베이터가 위쪽으로 올라가며 체중계가 우리 몸을 떠받드는 힘이 커져요. 따라서 체중계에 표시되는 숫자는 순간적으로 늘어나게 된답니다.

한편 엘리베이터가 내려가기 시작할 땐 그 반대예요. 체중계와 몸이 함께 아래로 떨어지며 우리 몸을 떠받치는 힘이 줄어들어요. 따라서 순간적으로 체중계에 표시되는 숫자는 작아진답니다.

시원이가 비행기에서 떨어지기 시작할 때도 마찬가지예요. 체중계가 시원이와 함께 아래로 떨어지며 몸무게가 ‘0’으로 표시 된답니다. 체중계가 시원이를 떠받치는 힘이 순간적으로 사라진 거예요.

우주에선 몸무게를 어떻게 잴까?

우주인들은 주기적으로 몸무게를 확인해요. 중력이 없는 우주에 오랫동안 머물면 우리 몸은 더 이상 중력에 견딜 필요가 없다고 느껴서 근육과 뼈가 조금씩 줄어들거든요. 따라서 우주인들은 매일 2시간씩 운동하면서 근육과 뼈 건강을 지키고, 주기적으로 몸무게를 재서 몸의 변화를 관찰한답니다.

그런데 이상한 점이 있어요. 지구가 우리를 끌어당기는 힘인 중력이 있어야 몸무게를 측정할 수 있는데, 중력이 없는 우주에서 어떻게 몸무게를 잰다는 걸까요?

우주인들은 중력이 없기 때문에 무게를 잴 순 없어요. 그 대신 질량을 측정하지요. 질량은 어떤 물체에 포함된 물질의 양으로, 어느 곳에서든 변하지 않는 값으로 표현할 수 있답니다. 또 무게와 질량은 비례하기 때문에 질량을 알아내면 무게도 알 수 있지요.

우주인들은 질량을 재기 위해 탄성력을 이용해요. 우주정거장에서는 ‘슬램디(SLAMMD)’라는 질량 측정 장비를 쓰지요. 슬램디는 가로로 놓인 용수철 두 개에 스카이콩콩처럼 생긴 몸 받침대가 붙어 있어요. 용수철을 늘린 채로 우주인들이 매달리면 용수철이 본래대로 줄어드는데, 그때 정밀한 센서가 용수철이 줄어드는 속도를 측정한답니다. 질량에 따라 용수철이 줄어드는 속도가 다른 걸 이용하는 거예요. 그뒤 컴퓨터가 용수철의 힘과 줄어드는 속도를 통해 우주인들의 질량을 계산해낸답니다.

“내 몸무게는 변함 없지만, 내가 떨어질 땐 체중계 바늘은 0을 가리켜. 체중계가 나를 떠받치는 힘이 사라졌기 때문이지.”

“오, 역시 듣던대로 제법인걸? 이제 낙하산 버튼을 누르면 펼쳐질거야. 어느 정도 고도가 낮아졌을 때 펼쳐지도록 만들어 뒀지. 너희가 퀴즈를 맞히는 것과 낙하산은 아무 상관이 없어.”

“만수르 너~! 끝까지 우릴 괴롭히는구나!”

만수르와 비밀과학수사대 친구들이 아옹다옹 하는 동안 멀게만 느껴졌던 땅은 코앞에 다가와 있었어요. 눈앞엔 우거진 나무들과 수풀이 보였지요. 친구들은 모두 나무 사이사이로 떨어졌답니다.

“다들 괜찮아?”

“으으, 괜찮아. 근데 여긴 어딜까? 사방이 다 비슷해 보여서 방향을 알 수가 없네.”

“우리 각자 길을 찾아보고, 무언가를 찾으면 큰 소리로 서로를 부르는 건 어때?”

친구들은 모두 다른 방향으로 흩어져 그곳에서 벗어날 길을 찾기 시작했어요. 그렇게 한 10분이 지난
뒤, 오로라가 걸어간 방향에서 소리가 들려왔어요.

“꺅!”