질문) 인공위성이 떨어지지 않는 이유 feat. 궤도

안녕하세요 궤도님! 

늘 궁금했던 것이 있었는데 궤도님이라면 명쾌한 해답을 주실 것 같아 여기에 글을 남겨봅니다.

우선 제 소개를 하자면 이과였고, 공대를 졸업했고 현재는 직장에 다니고 있는 평범한 시청자입니다.

시작은 어릴적 문득 든 생각이었습니다.

그건 “어떻게 수많은 인공위성은 떨어지지 않고 하늘에 날고 있을까?” 하는 것입니다.

비행기가 그 만큼 날고 있으려면 엄청난 연료를 써야 할 텐데 말이죠.

그래서 저는 인터넷과 인터넷과 인터넷을 뒤져 정보를 찾았습니다.

처음에는 무중력 상태라 그런거겠지 싶었지만 막상 찾아본 정보는 전혀 달랐습니다.

실제로 인공위성은 중력의 영향을 지표면보다는 덜하지만 유사하게 받고 있고,

중력을 구심력으로 가져 일정한 속도를 유지하면서도 궤도를 이탈하지 않을 수 있다는 사실을 알았습니다.

아래 그림은 이해를 돕기 위해 제가 열심히 찾아서 만든 그림입니다.

그런데 문득, 사진에 마지막을 보시면 알 수 있듯이, 

그럼 중력이 작용하는 방향으로 계속 가속해야 하는 것이 아닌가? 하는 생각이 들었습니다.

x축 방향으로는 힘이 작용하지 않고 등속도 운동을 하고,

y축 방향으로는 지구 중심을 향해 중력의 영향으로 가속도 운동을 할테니까요.

그렇다면 점점 아래로 떨어지는 속력이 빨라지면서 모든 인공위성은 지표면에 처박히거나,

최소한 대기권에 진입하여 공기저항을 받게 될텐데 실제로는 전혀 그렇지 않잖아요.

어떤 정보글에는 컵에 물을 넣고 돌려도 떨어지지 않는 것에 비유하여 설명하는것 같은데, 저에게는 와닿게 납득이 되지 않습니다.

애초에 컵의 물은 돌리는 손을 향해 떨어지는 게 아니라 바닥을 향해 떨어지지 않나? 하면서요.

또 어떤 정보글은 구심력과 반대방향으로 같은 정도의 가상의 힘인 원심력이 작용한다는데. 그 원심력은 어디서 튀어나온 힘인가 싶고요.

결국 steady하게 작용하는 힘이 중력밖에 없는 것 같은데, 왜 지구중심방향 가속도 운동이 생기지 않는지(위성 속력이 빨라지지 않는지) 궁금합니다.

"원심력이 구심력과 평형이 되어 상쇄된다면 아래로 떨어지는 속력이 일정하다(등속도운동을 한다)" 이 부분까지는 어떻게든 이해했습니다. 

그런데 원심력은 실제 힘이 아니라 가상의 힘이라고 하는데… 그럼 얘는 어디에서 온거지..? 중력에 반대되는 동일한 크기의 힘?

아.. 여기까지 생각이 닿으면 머리가 복잡해지면서 더 진전이 안됩니다. 지금도 뭔가 횡설수설 하고 있지요.

그래도 궤도 선생님께서는 제가 모르고 있는 부분을 캐치해서 알려주시리라 믿습니다.

긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 

PS. 저는 대학원생이 아니라 대중이니까 너무 혼내지 말아주세요.