달리는 차안에서 트램펄린을 타면 어떻게 되나요?
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
시속 300㎞로 질주하는 KTX 고속열차 안에서 점프를 해도 그 사람은 뒤로 날아가지 않습니다. 버스나 지하철 안에서 점프를 해도 마찬가지로 승차한 사람들은 안전합니다. 그 이유는 무엇일까요?
어떤 사람은 KTX가 아주 빠른 속도로 앞으로 달려가고 있는데, 사람이 점프를 하면 그 사람은 공중에 떠서 정지한 상태이니 열차의 뒤쪽과 부딪혀야 맞지 않느냐고 주장하기도 합니다. 과학적 상식이 전혀 없는 사람이라면 이렇게 생각할 수도 있지 않을까요?
실제로 달리는 열차 안이나 버스에서 점프를 하면 어떤가요? 점프한 그 자리에 그대로 착지합니다. 그 이유는 '관성의 법칙' 때문입니다. 이는 뉴턴이 외부에서 힘이 가해지지 않으면 물체는 일정한 속도로 움직인다고 정의한 제1 운동법칙입니다.
쉽게 말하면, 고속열차나 버스 내부에 탄 승객은 정지된 것처럼 보이지만 실제로는 열차나 버스와 같은 속도로 달리고 있는 것입니다. 그래서 시속 300㎞로 달리는 열차 안에서 점프를 해도 제자리 뛰기가 될 수 있는 것입니다.
시속 100㎞로 달리는 버스에 타고 창밖으로 옆차를 보면 정지해 있는 것처럼 보입니다. 이 또한 서로 같은 속도로 달리고 있기 때문입니다. 다만, 마찰력이나 공기저항, 중력 등 외부의 힘이 작용할 경우에는 달라질 수 있습니다. 예를들면, 영화의 한 장면처럼 고속열차의 지붕 위에서 점프를 한다면, 강력한 바람(공기저항)으로 인해 뒤로 날아갈 수 있겠지요.
범위를 확대해보면, 고속열차 안에서 점프를 해도 뒤로 날려가지 않는 것과 지구에 사는 인류가 우주로 튕겨 나가지 않는 것과 같은 원리라고 할 수 있습니다.
제자리에서 매일 뺑뺑도는 것 같지만 지구의 자전속도는 엄청나게 빠릅니다. 지구의 자전속도는 초속 463m, 시속으로는 1667㎞나 됩니다. 초음속 제트기의 속도와 맞먹습니다.
지구는 70억 명을 태우고 초속 30㎞로 비행하는 초대형 우주선과 같습니다. [사진=유튜브 화면캡처]
태양을 중심에 두고 1년에 걸쳐 회전하는 지구의 공전속도는 더 빠릅니다. 지구의 공전속도는 초속 29.8㎞, 시속으로는 10만7000㎞에 달합니다. 자그마치 음속의 87배나 됩니다. 1초에 30㎞를 나아가는 우주선의 속도와 비슷하다고 할 수 있습니다.
놀라운 속도입니다. 이렇게 지구가 빠르게 우주를 날고 있고, 원심력도 작용하지만 단 1명의 사람도 지구 밖으로 튕겨 나가지 않습니다. 사람들도 지구와 똑같은 속도로 움직이고 있기 때문입니다.
지구안에 존재하는 많은 자동차와 열차들이 쌩쌩 달려도 지구라는 커다란 우주선이 달리는 속도에는 못미칩니다. 사실상 지구는 70억명을 태우고 초속 30㎞의 속도로 태양의 주위를 비행하면서, 자전축을 중심으로 매일 시속 1667㎞로 회전하기도 하는 초대형 우주선과 같다고 할 수 있습니다.
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