[차한잔]  이과분들께 질문 - 중력기차를 타면 어떻게 될까요?

질문이 여러 가지여서 나눠봅니다.

지구핵을 관통하는 이상적인 중력기차가 있다고 할 때요
핵을 관통하기 전 까지는 지유낙하라고 생각하면
핵 까지는 '무중력' 상태이고
핵을 지나면 감속하면서 서서히 중력이 돌아오게 되는 건가요?

--> 자유낙하가 무중력은 아닙니다. 

지구가 갑자기 사라지는 것은 아니니 항상 중력을 받고 있어요.

그런데 그렇게 생각하면 이상한 것이
핵까지 가는 중에도 점점 가속이 되는 상태인 거쟎아요?
핵까지 가는 동안과 멀어지는 동안이 대칭이 되어야 할 것 같은데 그렇지 않은것도 이상하고

 --> 핵까지 계속 가속이 되다가 핵에서는 가속도가 0이 되고 다음은 계속 감속됩니다.

 정확히 대칭이고요.

그렇다면 출발하면 점점 무게가 줄어들다가 핵을 통과하는 순간 반대방향으로 무게가 늘어나는 걸까요? (위아래 뒤집힘?)

 --> 네. 무게를 가속도로 바꿔 생각해도 됩니다.

그런데 이렇게 생각하면 번지점프할 때 같은 경우(자유낙하)에 바로 무중력을 느끼는 것과 반대되는 것 같고

--> 공기저항 때문에 가속이 줄어드는 것도 있고 시간이 짧아서 그렇기도 합니다.

진공에서 충분히 긴 시간 동안 떨어진다면 중력을 느낄 것입니다.

아니면 핵까지 가는 동안은 무중력
핵을 지나면 바로 반대방향의 중력을 느끼게 되는 걸까요?

--> 핵(지구의 중심)에서만 무중력이고 항상 중력을 느끼게 됩니다.

자유낙하 자체가 무중력 상태가 아닙니다
자유낙하는 중력이 있는 방향으로 낙하하는 걸 뜻하는 말인데요

자유낙하시 중력을 느낄수 없고 실제 체중을 제도 0가 되는것은 중력이 없어진게 아니라 낙하 속도가 질량과 +- 제로가 되기 때문에 무중력처럼 느껴지는 겁니다. 무중력은 중력이 사라진것이 아닌거죠

 뉴튼과 아인슈타인 역학의 가장 기본이 중력과 가속도가 등가(뉴튼 역학에서는 중력가속도를 구하는 수식으로, 아인슈타인에서는 명시적으로)라는 것입니다. 중력에 의해서 가속이 붙으면 그 가속계(가속하는 물체, 직 여기서는 중력 기차)에서 가속과 중력이 상쇄되어 무중력상태를 느끼는 것이지, 윗분 들 말씀처럼,중력 자체가 사라지는 것이 아니죠.

출발할 때부터 반대편에 도착할 때까지 계속 중력을 느끼지 못합니다.
가속도는 항상 중심 방향으로 발생합니다.
중력을 느끼는 것은 중력에 저항하는 힘 때문에 그렇습니다.
즉 중력이 있지만 가속도가 0이면(중력보다 작으면) 중력을 느낍니다.

흔히 우주정거장에서는 무중력 상태라고 하거나 자유낙하하는 비행기안에서 무중력을 체험한다고 하죠.

주위의 모든 물체가 같이 자유낙하한다면 중력이 있는 것과 없는 것이 구별이 안되죠.

이런 의미에서 중력기차 내부는 무중력 상태와 같다고 할수 있죠.

처음부터 중심을 지나서 반대쪽에 도달할때까지 마찬가지고요.

반대쪽에 도달해서 기차를 고정시키면 낙하하려는 사람을 기차가 받치게 되서 다시 중력을 느끼게 되는 것이죠.