올라가는 것은 때때로 내려 와야합니다. 그러나 항상 그런 것은 아닙니다. 탈출 속도로 이동하는 물체는 중력의 풀로 인해 더 이상 지구로 떨어지지 않습니다.
놀이터의 긴장은 눈에 띄었습니다. 두 팀의 선수들은 서로 마주보고 서서 손을 대고 손을 대지 않을 사슬을 형성했습니다. 이름이 부름을 받았고 팀에서 선택한 선수가 등장했습니다. 팀 B는 공격을 위해 자랑 스러웠다. 이 플레이어가 연결된 팔 체인을 뚫을 수 있다면 팀 A가 이길 것입니다.
눈썹이 집중력이 높아지고 얼굴이 결정적으로 불타고, 플레이어는 대시를 만들었습니다…
탈출 속도를 달성하는 것은 우주 여행 중에 마찬가지로 놀이터에서도 도전적 일 것입니다!
탈출 속도를 이해하는 빠른 게임 (사진 크레디트 :Antstudio/Shutterstock)
중력과 관련된 일반적인 이해는 우리의 발 아래 땅과의 관계로 제한됩니다. 중력은 우리를 땅으로 향하고 (우리가 체중으로 경험하는 힘) 지구를 우리에게 이끌고 싶어합니다. 그러나 지구의 거대한 크기는 우리를 향한 움직임을 눈에 띄지 않게 만듭니다. 물체의 질량이 클수록 물체를 움직이기가 더 어려워집니다 - 뉴턴의 첫 번째 운동 법칙에 설명 된 현상.
.지구의 중력 풀에서 벗어날 수있는 충분한 에너지가 없기 때문에 지구에서 공중에 공중에 던져진 수학 책은 뒤로 떨어집니다. 책을 더 높이 던지면 결국 지구로 돌아 오기 전에 공중에서 더 많은 시간을 보내지 만 다시 돌아올 것입니다. 무슨 일이 일어나고, 내려 와야합니까? 그러나 그것이 항상 그렇다면, 위성과 로켓은 어떻게 지구로 돌아 오지 않고 어떻게 유지됩니까?
중력에서 벗어나는 방법
사고 실험의 일환으로, 뉴턴이 우주의 신비를 해독하려는 나무 아래에서 평화롭게 앉아 사과에 의해 머리에 닿을 때 상상해 보자. 천재의 몸에 맞춰 뉴턴은 원치 않는 과일로 머리에 갇힌 후에도 머리에 하늘에 착륙 한 사과를 약간 엿볼 수 있습니다. 그러나 뉴턴에는 주현절이 있습니다! 그가 방금 공중으로 뛰어 들었던 사과는 중력이 아니었다면 무기한으로 이동하여 하강과 대기 마찰을 일으켜 감속됩니다.
.뉴턴은 사과가 떨어지는 중력이 지구와 그 구성원을 넘어 달과 다른 행성으로 뻗을 수 있는지 궁금해했다. 그는 땅에 떨어지는 물체와 태양 주위의 행성의 움직임이 둘 다 같은 원칙으로 설명 될 수 있다고 제안했다.
뉴턴의 통찰력은 보편적 인 중력 법칙의 공식화로 이어졌습니다. (사진 크레딧 :Fargon/Shutterstock)
뉴턴은 물체가 지구 표면에서 충분한 속도로 투사 될 경우 지구에서 물체를 공간으로 보내는 것이 가능하다는 것을 깨달았습니다. 탈출 속도로 알려진 이것은 신체가 다른 신체의 중력 잡아리에서 자신을 방출하고 뒤로 넘어지지 않고 무한대로 이동할 수있는 최소 속도입니다. 그래서… 돌아 오지 않도록 얼마나 하늘을 던져야 하는가?
우물의 바닥에 갇혀 있다고 상상해보십시오. 탈출하려면 에너지를 소비해야합니다. 탈출 속도는 우물의 입에 도착하는 데 필요한 정확한 양의 에너지를 측정 한 것입니다.
‘두 번째 우주 속도’라고도 불리는 지구의 탈출 속도는 약 11.2km/s입니다. 주어진 속도의 경우 우주로 이동하도록 설계된 우주선은 지구 또는 다른 천상의 물체 주위에서 궤도를 달성 할 수 있습니다. 그러한 궤도에서 벗어나려면 더 큰 속도가 필요합니다. '우주 속도'라는 용어는 우주 여행과 관련된 중요한 속도를 설명하기 위해 러시아 과학자들에 의해 만들어졌습니다.
지구를 탈출하는 로켓 (사진 크레디트 :Nasky/Shutterstock)
궤도 속도로 알려진‘첫 번째 우주 속도’는 우사체가 우주 몸을 중심으로 회전하게합니다. 궤도 속도보다 적은 속도로 이동하는 느린 발사체는 점차적으로 지구로 떨어집니다. 그러나 우주선은 우주로 여행하기 위해 탈출 속도에 도달 할 필요가 없습니다.
국제 우주 정거장 (ISS)은 지구를 공전하는 약 7.9km/s의 속도로 순항합니다. 엔진이 꺼지면 영구 자유 낙하 상태에 있지만 떨어지지 않도록 충분히 큰 속도로 지구를 돌아 다니다.
.이것은 요요의 회전 행동과 다소 유사합니다. 모든 회전하는 물체는 그것과 관련된 각도 운동량을 가지고 있지만, 요요의 차축 주변의 줄은 항상 그것을 당겨서 모멘텀으로 인해 직선으로 이동하지 않도록합니다. 이와 마찬가지로, 지구의 중력은 ISS를 궤도에 유지하여 지구 주변의 혁명을 계속합니다.
국제 우주 정거장 궤도 지구 (사진 크레디트 :Dima Zel/Shutterstock)
아인슈타인은 그의 일반적인 상대성 이론에서 중력은 질량 사이의 힘이 아니라 질량의 존재로 인한 시공간의 구조에서 왜곡이라고 주장했다. 종이가 꼬인 경우 종이에 그려진 선이 똑바로 보이지 않는 것과 유사하게, 시공간이 뒤틀 렸을 때 물체의 직선 경로도 구부러집니다. 중력은 모든 물체의 직선 경로가 지구 근처에서 같은 방식으로 구부러지는 방식으로 공간적이기 때문에 모든 물체는 같은 속도로 떨어집니다.
이것은 탈출 속도 측면에서 중요한 영향을 미칩니다. 중력장과 관련된 탈출 속도가 빛의 속도에 접근하면 중력장이 강한 것으로 간주됩니다. 더 작은 탈출 속도는 약한 필드를 나타냅니다. 저속과 약한 중력 분야의 경우 일반 이론과 뉴턴의 이론에서 얻은 결과는 거의 동일합니다.
블랙홀에서 탈출 하는가?
탈출 속도는 두 가지 매개 변수에 따라 달라집니다. 중력 풀을 대체 해야하는 물체의 질량과 그 물체의 질량 중심까지의 거리. 지구의 중력에서 벗어나려면 로켓은 11.2km/s까지 가속해야하지만 지구와 같은 질량이있는 행성에서 탈출하려면 직경의 절반이 되려면 탈출 속도가 달라야합니다. 직경이 절반으로 줄어들므로 행성 표면에서 질량 중심까지의 거리는 감소하고 탈출 속도가 증가합니다.
Schwarzschild 반경으로 알려진 임계 반경에서 중력 질량은 빛의 속도와 동일한 탈출 속도를 갖습니다. 18 세기에 뉴턴의 중력 법칙을 사용하여 John Michell은 충분히 거대한 별의 표면을 떠나는 빛이 탈출 할 수 없다고 제안했습니다.
Michell의 계산은 올바른 추정치를 제공하지 않았지만 거의 1 세기 후 Karl Schwarzschild는 신체가 Schwarzschild 반경을 넘어서 블랙홀이 될 때 Schwarzschild 반경이 다른 모든 힘에 걸친 한계이기 때문에 블랙홀이 될 수있는 운명이라는 것을 보여주었습니다. 따라서 블랙홀의 강렬한 중력 당기를 피하기 위해 빛의 속도보다 큰 탈출 속도가 필요합니다.
블랙홀에서 도망 칠 수 없음 (사진 크레디트 :Nasky/Shutterstock)
우리 모두는 때때로 들려야합니다
탈출 속도의 개념이 조류와 비행기에도 적용됩니까? 헬륨 풍선은 어떻습니까?
답은 다음과 같습니다. 탈출 속도는 물체가 다른 신체의 중력 예인선에서 벗어나려고 할 때만 필요합니다. 간단히 말해서, 비행기는 지구에서 탈출하려고하지 않기 때문에 비행을위한 탈출 속도를 얻을 필요가 없습니다. 지구 주위에 궤도에있을 필요도 없습니다.
그러나 이것은 계속 날아 가기 위해서는 날개와 엔진을 사용하여 리프트를 생성함으로써 중력으로 인한 하향 가속을 지속적으로 극복해야한다는 것을 의미합니다.
.조류는 또한 같은 원리를 활용하여 비행을 유지하며 날개는 날개 위와 아래로 고압을 생성하여 리프트를 달성 할 수 있습니다. 여기서 핵심 요소는 공기의 존재이며, 공기 압력의 변화를 일으키고 차례로 들어 올리는 것이 불가능한 공기의 존재입니다.
비행중인 갈매기 (사진 크레디트 :Twenty20)
헬륨 풍선은 헬륨으로 채워져 있으며 공기보다 가볍습니다. 무거운 가스 (더 밀도가 높음)가 경 가스 (덜 밀도가 낮음)와 상호 작용하면 더 가벼운 사람이 윗면에 부유합니다. 풍선 내부의 공기 밀도가 외부의 공기 밀도와 같을 때까지 헬륨 풍선이 대기 높이에 도달 할 때까지 공중에서 상승합니다. 이것은 필요한 리프트를 생성합니다.
이론적으로, 적어도 물체는 탈출 속도 이외의 속도로 이동할 수 있으며 여전히 행성의 중력장에서 완전히 들어 올릴 수 있습니다. 탈출 속도는 비 프로펠러 된 물체에 대해서만 정의되었습니다.
탈출 속도보다 적은 속도로 지구를 빠져 나가려면 비행 기간 동안 중력을 극복하기 위해 물체를 지속적으로 부스트해야합니다. 우주선의 경우, 이것은 지구의 중력에 대항하기위한 지속적인 추력을 유지하기 위해 여러 부스터 로켓의 외부 지원을 의미합니다. 이것은 추진제의 큰 낭비 일뿐 만 아니라, 그러한 막대한 양의 연료를 운반하면서 지구를 탈출하거나 궤도에 도달하려고 노력하면서 매우 실용적이지 않을 것입니다.
.중력은 거리가 증가함에 따라 풀이 약해져도 유비쿼터스에 영향을 미칩니다. 더 높이 여행하면 영향의 영역이 줄어들지 만 실제로는 탈출 할 수 없습니다. 그러나 약간의 행운과 올바른 속도로 사이렌 호출을 피할 수 있습니다!
