안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
이건 갈릴레이의 상대성 원리로 설명할 수 있어요. 핵심은 누구의 시점에서 보느냐에 따라 완전히 달라진다는 거예요.
먼저 비행기 안에서 앞쪽으로 총을 쏘는 상황을 생각해볼게요. 비행기 안에 탄 사람 입장에서는 평소와 똑같아요. 총알은 일반적인 총구 속도로 앞으로 날아가요. 비행기 안은 하나의 관성계이기 때문에 비행기가 아무리 빨리 날아도 안에서 일어나는 물리현상은 정지해 있을 때와 동일해요. 비행기 안에서 공을 위로 던지면 그냥 위로 갔다가 내려오는 것과 같은 원리예요.
바깥에서 관측하는 사람 입장은 달라요. 비행기 속도가 초속 900미터이고 총알 속도도 초속 900미터라면, 앞쪽으로 쏘았을 때 지상 관측자가 보는 총알 속도는 900 더하기 900, 즉 초속 1800미터가 돼요. 속도가 합산되는 거예요.
반대로 비행기 진행 방향과 반대인 뒤쪽으로 쏘면 재미있는 일이 벌어져요. 비행기 속도 900에서 총알 속도 900을 빼면 지상 관측자 기준으로 총알의 속도가 0이 돼요. 총알이 발사되는 순간 공중에 그대로 멈춰있는 것처럼 보이다가 중력에 의해 수직으로 떨어지는 거예요. 실제로 이 현상을 초고속 카메라로 촬영한 실험 영상이 있는데, 총알이 허공에 멈춘 듯 뚝 떨어지는 모습을 확인할 수 있어요.
정리하면 비행기 안 사람에게는 어느 방향으로 쏘든 평소와 동일하고, 바깥 관측자에게는 비행기 속도와 총알 속도가 합산되거나 상쇄되어 보인답니다.