02. 왜 우주비행사의 무게는 달에서 더 작을까?

<네모 속의 물리학>

관성, 질량, 무게

어떤 개체가 운동을 할 때 그 물체에 다른 힘이 작용하지 않으면 같은 속도와 방향으로 그 물체는 운동을 계속할 것이다. 이 개념을 관성(물질의 고유한 힘)이라 하며 아이작 뉴턴(Isaac Newton)의 운동법칙 중 하나다.

정지된 물체가 움직이지 않는 것 역시 동일한 법칙이 적용된다. 여기서 중요한 역할을 하는 또 다른 속성이 있다. 바로 질량이다. 질량은 어떤 물체가 가진 고유한 양으로 킬로그램(kg)이나 파운드(lb)라는 단위로 측정된다.

어떤 물체의 질량이 클수록 그 속도를 변화시키는 데 더 큰 힘이 필요하다. 커다란 트럭과 같이 질량이 큰 물체를 떠올려보자. 승용차보다 무거운 트럭을 움직이게 하거나 그 속도를 줄이려면 더 큰 힘이 필요하다.

일상에서 이야기하는 질량이란 보통 ‘무게’를 의미한다. 하지만 물리학에서 무게는 전혀 다른 개념이다. 뉴턴(N)이라는 단위로 측정되는 무게는 중력으로 인해 물체에 가해지는 힘을 말한다.

어떤 물체는 어디에 있든지 똑같은 질량을 갖지만 그 무게는 중력에 따라 장소마다 달라진다. 예를 들어 달의 중력은 지구보다 작은데, 이는 무게도 작다는 의미다. 이러한 이유로 우주비행사가 달 위에 서 있을 경우 그 무게는 지구에 서 있을 때의 6분의 1밖에 되지 않는다.


질량 대 무게

지구에서 907kg(2,000lb)의 질량은 8,900N(뉴턴)의 무게를 갖는데, 지구의 중력이 9.81N/kg(4.45N/lb)이기 때문이다.

똑같은 질량이 달에서는 1,460N의 무게를 갖는데, 달의 중력은 1.62N/kg(0.73N/lb)으로 지구에 비해 약하기 때문이다.

어떤 물체의 질량(mass)은 어느 곳에 있든지 똑같다. 다시 말해 중력장이 아무런 영향을 주지 않는다. 하지만 무게(weight)가 똑같은 물체라도 중력이 작용하면 위 그림과 같이 엄청나게 달라질 수 있다.