지구 탈출 속도. 8.7 km/ sec =마하 23~25. 단 인공위성궤도 까지임.

[dabotab]

지구탈출 속도는 얼마인가요?

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hoomee87@nate.com

님의 답변

09.05.24 01:16

 

답변 내용

우주선의 속도는 무한정 빠르게 설계하지않구요., 지구에는 중력때문에 탈출속도라는게

존재합니다...

탈출 속도는 아마 다들 물리 시간에 한번쯤은 계산들 해 보셨겠죠.
운동 에너지 공식인 1/2 mV^2과 중력의 보유 에너지공식인 G M*m/r을 써서

 공식을 쓰면:  1/2 mV^2 = G Mm/r

여기서 V는 탈출속도, m은 물체의 무게, M은 지구의 무게, r은 무게 중심점들

사이의 거리 입니다.  윗 공식을 가지고 이리저리 돌리면 m은 떨어져 나가고

밑의 공식이 됩니다:

탈출 속도 = V = sqrt(2GM/r)

윗 공식에 지구의 무게인 5.98e24kg과 지구 중심에서 표면까지의 거리인 6.38e6m를

 집어넣으면.  탈출속도 = 마하 32 라는 답이 나옵니다.

총알을 공중으로 쏴서 그 총알이 마하 32로 날은다면 지구를 벗어난다는 말도 되고,

만약 제가 공을 힘껏 던져 그 공이 마하 32이상으로 난다면 우주로 날리수 있다는

것도 됩니다.

그런데, 이건 지구를 벗어나는 여러가지 방법중의 하나 입니다.  지구 표면에서

마하32로 일시 추진해서 벗어나는 방법이 이 방법 이지요.

또 한가지 방법은 지구의 중력(물체의 무게)보다 강한 추진력을 지속적으로 유지

 할수 있다면 지구를 천천히 벗어나는 방법도 있습니다.  미사일 같은 로켓의 경우도

 이런식인데요.
로켓 발사를 보시면 알겠지만, 로켓이 날아 오르는건 빠르긴 해도, 마하 32는 안 됩니다.

  이 방법이 가능한 이유는 중력이 거리가 멀어질수록 약해 져서 멀어질수록 중력권

탈출 속도도 줄어든다는것에 있습니다.  로켓이 연료가 떨어질때의 속도가 그 고도의

 탈출 속도보다 더 높다면, 다시 지구에 떨어지지 않고 먼 우주로 날아갈수 있겠죠.

우주 왕복선의 경우에 추진을 약 8분동안해서 약 고도 560km정도에서 궤도에 들어

섭니다.  이때의 속도는 8000m/s로 약 마하 23정도 입니다.  셔틀의 속도 기록은

 디스커버리 호가 세운 마하 25가 최고입니다.  앗, 그런데 문제가 있습니다.  

고도 560km에서도 지구의 중력권 탈출 속도는 조금 줄어들었어도 마하 30정도란

겁니다.  근데 어떻게 마하 23으로 지구의 중력권을 벗어날까요?  (여기서 대기권과 중력권을 오해하지 마십시요.

대기권은 지구에서 100여 킬로정도면 끝나지만 중력은 줄어들었긴해도 크게 작용합니다.

ICBM은 대기권은 벗어나도 중력권은 못 벗어난다는 거죠)

답은 우주 왕복선도 중력권을 못 벗어난다 입니다.  우주로 가는건 사실이지만,

그렇다고 추진력 만으로 화성까지 갔다 올수 있는건 아닙니다.  그래서 우주 왕복선을

 오비터(orbiter)라고 자주 부르는 거죠.

여기서 약간 더 복잡해지는데.
그럼 지구의 중력권을 벗어난 다른 것들은 얼마나 빨랐을까?  확실히 지구의 중력권을

벗어난 아폴로, 익스플로어, 바이킹등도 사실 우주 왕복선 보다 확실히 더 빠른건

아니였습니다만.이들의 경우 지구의 중력을 역 이용했습니다.  모자른 속도를 체우기

 위해 지구를 뱅뱅 돈거죠.  돌때 유선형 궤도를 그리며 돌면 케플러의 법칙에 따라

궤도가 지구에서 가까이 돌때 속도가 정점일 때가 있습니다.  이때 약간 남겨 놓았던

연료를 일시 연소해서 그 추진력과 지구의 중력을 통해얻은 원심력으로

지구의 중력권을 벗어나는겁니다.  돌팔매 와 비슷한 원리입니다.  물론 기술이 아주

아주 발전한 먼 미래에는 그냥 반 영구적이고 강력한 추진력이 개발되서 중력걱정

없이 우주 여행을 할수도 있겠지만서도, 아직은 편법을 써야하는 수준입니다.

하지만 한가지 알아둘건, 꼭 지구의 중력을 벗어나지 않고도 꽤 먼 우주까지

나갈수 있다는 점 입니다.  지구 근처를 지나는 혜성에 보내는 탐사선의 경우 지구의

 중력을 안 벗어나고 지구를 도는 궤도가 혜성의 바로 옆을 통과하게 해서 왔다 갔다

여러번 탐사도 하고 심지어는 다른 시간에 지나는 두개 세개의 혜성을 한 탐사선으로

 다 탐색하기도 합니다.

그리고, 또 다른 방법으로 달과 지구 사이에 있는 LaGrange 지점들 같은 여러

혹성의 중력이 서로를 없에는 중력 교환점을 지나면 지구의 중력권을 안 벗어나고도

다른 혹성이나 행성의 중력을 써서 지구의 중력권을 벗어날수도 있습니다.

다른 곳에서 구한 자료입니다.

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[wwsophy]

위의 내용은 일반이이 알기에는 엄청어렵게 길게 강의를 하셨네요
지구 탈출속도: 물체가 지구를 탈출하여 다른 천체로 가려면 11.2㎞/s의 속도가 필요하다. 즉, 지구의 인력을 벗어나기 위한 최소 속도로 11.2㎞/s이다. 운동 인공 위성의 속도가 7.9~11.2㎞/s이면 타원 궤도를 돈다. 제2우주 속도를 지구 탈출 속도라고도 한다.
[네이버 지식백과] 제2우주 속도 (Basic 고교생을 위한 물리 용어사전, 2002.4.15, (주)신원문화사)

[wwsophy]

위의 내용은 지식백과 내용인데 일반인들에게 혼동의 여지가 있어 세생각으로 다시설명하면 초속7.9km-8km는 지상 약600km 높이아래에서 수평방향으로 떠있을수 있는 속도(제1우주속도) 11.2km는 38000km높이에서 지구인력을 벗어나기위한 수평방향으로의 최소속도 (제2우주속도)라고 보아야 될듯합니다 그렇게 본다면 위에 다보탑님 글제목에서의 초속8.7km은 저고도 위성의 속도(제1우수속도)범의에서 조금더높이(약100km높이?)올라갈수 있는정도의 속도라 생각하면 될듯합니다

[wwsophy]

참고가 될듯하여 허접한 제 잡지식을 올려보면 지구표면에서는 마하23~25정도 속도로 달리면 무중력 상태가 됩니다 그리고 그이상이 되면 위로 상승하고 그아래되면 내려오게되죠 재미있는것은
저고도 위성의 높이인 350km~700km?(정확치않음) 의 높이나 지표면이나 그것은 별다르지 않습니다 따라서 진공튜브로를 지구표면에 한바퀴둘러 건설하고 열차가 그속을 마하 23~25정도로 달리면 무중력상태
가 된다는 말이며 그러면 자기부상이 필요없게되는거죠 그말은 인공위성을 350km이상 높이 쏘아 올리는것은 결국 (지표면 충돌방지와 )공기저항을 줄이기위한 것이란 말이되는것이죠
일부사람들은 인공위성(혹은우주정거장)높이에서는

[wwsophy]

자연히 무중력상태인것으로 아시는 분들이 많은데 사실은 그높이 (우주정거장)에서도 정지해 있으면 지구표면의 90%에 해당하는 중력을 받아 지표면과의 차이를 거의느끼지 못합니다
그러니깐 지표면이나 우주정거장이나 마하23~25속도로 움직이면 무중력이 되는것이고 정지해있으면 거의 비슷한 중력이 작용한다는것이죠

[빛나리]

결론은 수백km~ 대형 터널속에다 진공을 어떻게 만드는가? 이 방법론이 문제.
진공만 속시원하게 해결하면 숙제는 쓰샥~ 풀리겠건만.. 난제일세~ 난제야..

[wwsophy]

진공시키는 것은 아무런 문제가 안됩니다
진공에 관련한 경험이 있는분들은 아실것입니다 진공펌프는 아주간단하며 비싸지도 않습니다 그러면 문제는 그넓은 공간이라? 그것은 제가 이미 새로운 진공펌프를 개발했습니다
다만 새로개발된 진공펌프는 초대형 공간을 진공시키는 장치라 일반 산업용에는 많이 활용될것같지가 않아서 아직특허출원을 안했습니다만 저의 진공튜브열차가 모형으로라도
진행되면 당연히 투자기관이나 투자자들이 문제삼을것이 바로 초대형 진공펌프일것이기에 그때가서 출원하고 공개할 계획입니다
상세한 기술적내용에 대해서는 여기서 토론할 단계가 아니니 차후에 기회가 되면 출원후 100% 공개하게습니

[wwsophy]

문제는 진공펌프가 아니라 처음부터 초고속이니 마하3이니 하는사람들이 문제입니다 진공튜브열차의 최대장점은 초고연비와 무소음입니다 따라서 속도는 현재의 KTX속도로만 가도
진공튜브로의 가치에는 아무런 하자가 없습니다 그리고 다시진공펌프에 대해 참고삼아 말씀드리면 진공펌프에는-피스톤펌프식-로터팬식-제트방식-수봉식--등등이 있는데
초대형 공간을 싸고쉽게 진공시키려면 위의 현재방식으로는 돈과시간이좀듦니다 그래서 제가 새로운진공펌프를 4년간의연구끝에 개발했습니다