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인공위성의 원리

인공위성은 왜 떨어지지 않을까요?

원리

    야구선수가 던진 공도, 대포에서 쏜 탄알도 모두 땅으로 떨어진다.  그런데,유독 인공위성만은 연료가 떨어져도 어떻게 땅에 떨어지지 않고 언제 까지나 지구의 둘레를 돌고 있을 수 있는지 참으로 신비로운 일이다.  
    그 까닭을 풀기 위해서는 먼저 던진 물건은 왜 땅에 떨어지는 가를 알아야 한다.
    우리가 공을 던지면 손을 떠난 순간부터 공은 저절로 날아가다가 차차 아래로 커브를 그리면서 땅에 떨어지는데, 이것은 지구의 중력이 공을 아래로 당기기 때문이다.
    또한 공기의 저항도 공의 속도를 줄게 하는 요인이 된다.  만약 중력도 공기도 없다면 공은 던져진 방향으로 곧장 날아갈 것이다.
    어떤 물체나 일단 운동을 시작하면 다른 힘이 방해하지 않는 한 이 공처럼 언제까지나 같은 운동을 계속하려는 성질이 있는데 이것은 뉴턴이 발견한 것으로 '관성'이라 한다.
    던져진 공의 운동을 살펴보면 옆으로 날아가는 수평운동과 아래로 떨어지는 연직운동이 행해진 것을 알 수 있다.
    양편의 운동 모두가 공기의 저항으로 늦어지는데, 연직운동은 중력이 끊임없이 작용하고 있기 때문에 점차 빨라진다.  그 때문에 공은 차츰 아래로 커브를 그리며 땅 에 떨어진다. 공을 날릴 때 손으로 던지는 것보다 배트로 치는 편이 훨씬 멀리 날아간다.  또 총알이나 대포탄알 같은 것은 더욱 멀리 까지 날아간다.
    이러한 것들은 모두 내던져졌다는 점에서는 조금도 다름이 없다. 그런데도 어떤 것은 조금 밖에 가지 않고 어떤 것은 멀리까지 가는 것은 내던질 때의 힘의 크기, 즉 속도의 차이에 의한 것이다. 다시 말해 공을 손으로 던질 때보다 배트로 치는 편이 빠른 속도로 공이 날아갈 수 있고,공보다 총알이나 대포알 쪽이 더욱 빠르므로 보다 멀리 날아가는 것이다.  그렇다면 공의 속도를 자꾸 빨리 하면 어떻게 될까? 공의 속도가 빨라질수록 수평으로 날아가는 거리가 길어지고, 곡선을 그리며 아래로 떨어지는속도는 느려진다. 한편, 지구의 표면도 곡선을 이루고 있으므로 공의 속도를 아주 빠르게 하여 멀리 날리면 공은 좀처럼 땅에 떨어지지 않게 된다. 공의 속도를 더욱 빨리 하면 공이 떨어지는 커브가 차츰 지면의 커브에 가까워져 간다. 마지막에는 지면의 커브와 같아져서 공은 지구의 표면과 평행으로 날게 된다. 그러면 공은 지구를 한바퀴 돌아도 땅에 떨어지지 않고 내던진 곳으로 되돌아 온다. 만일 공기가 없다고 한다면 속도는 던졌을 때와 다름없으므로 공은 다시 똑같은 일을 되풀이한다.
    즉, 영원히 지구를 돌게 되는 것이다. 물론 이것은 관성 때문이다.

결론

    인공위성이 땅 위에 떨어지지 않고 언제까지나 지구 둘레를 도는 까닭은 이 공의 경우와 똑같다.
    이처럼 공이 큰 원을 그리며 지구를 도는 것은 그 속도가 지구의 중력과 균형을 이루고 있다는 것을 나타내 주는 것이다.
    공이 수평으로 날아 지구에서 떨어져 나가려 하는 것을 중력이 붙들고 있는 셈이다.
    또, 중력은 모든 물건을 지구의 중심으로 끌어당기므로 인공위성은 반드시 지구의 중심을 지나는 평면의 궤도를 돈다.

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