우주속도(1,2,3우주속도,궤도속도,탈출속도)

우주 속도란 지구에서 쏘아 올린 물체가 지구 주위를 돌거나 다른 천체에 도달하는 데 필요한 속도를 말한다. 제1우주속도, 제2우주속도, 제3우주속도가 있다. (공기저항 무시)

● 제1우주속도: – 지구 주위를 타원 또는 원래 궤도로 비행하기 위한 속도.지구 표면을 스치듯 도는 인공위성의 속력.7.9km/s – 물체가 지구 주위를 타원 또는 원래 궤도로 비행하는 데 필요한 최소 속도. 제1우주속도를 궤도속도(orbital velocity)라고도 한다. 지구 주위를 원궤도로 도는 인공위성의 속도도 초속 7.9km다.- 이 속도 이하의 로켓은 결국 지표로 떨어진다.즉 지표면 부근에서 물체를 수평 방향으로 7.9km/s로 던지면 지구 주위를 돌며 떨어지지 않는다.

※ [고교물리학] #1. 역학-16. 인공위성, 제1우주속도의 모든 것 (09:41) https://www.youtube.com/watch? v= B9_CQKBpEs

※ 인공위성이 지구를 도는 원리는 무엇일까. [잡념저장소] (04:19) https://www.youtube.com/watch? v=4IhdOt3jBlE (그 유명한 뉴턴의 프린키피아 내용이 살짝 언급됨)

● 제2우주속도: – 지구의 인력을 벗어나기 위한 최소속도. 11.2km/s. 인공위성의 속도가 7.9~11.2㎞/s이면 타원 궤도를 돌아 11.2㎞/s를 넘어야 지구 중력을 벗어날 수 있다. 지구 탈출 속도(escapevelocity)라고도 한다.- 물체가 지구 중력장에서 탈출하는 데 필요한 탈출 속도.지구 궤도에서 탈출해 다시는 지구로 돌아오지 않는다. 하지만 태양의 인력에서는 헤어나지 못하고 지구처럼 태양 주위를 돌게 된다.- 제1우주속도의 약 Φ2(루트 2)배가 되는 속도(=7.9km×1.414). 공전궤도가 포물선이 된다.- 제2우주속도는 지구가 정지했을 경우의 값이기 때문에 실제로 인공위성을 발사할 때는 지구의 자전속도(465m/s)를 고려한다. 발사 방향을 지구 자전 방향과 동일하게 해 적도면에서 발사할 경우 탈출 속도는 지구의 자전 속도인 약 0.5km/s를 제외한 10.7km/s로 발사하면 지구 중력권을 탈출할 수 있다.- 임의의 한 행성으로부터의 탈출 속도를 구하는 식: (Vesc: 탈출 속도 (제2 우주 속도), G: 만유인력 상수, M: 행성의 질량 R: 행성의 반지름)

• 위 식에 따르면 탈출 속도(Vesc)는 행성의 질량(M)에 비례하고 행성의 반지름(R)에 반비례한다. (중력은 질량에 비례하므로 행성의 질량이 클수록 중력이 커져 더 빠른 탈출 속도가 필요하고 행성의 반지름이 커질수록 행성의 중심에서 멀기 때문에 중력이 약해지기 때문이다.제2우주속도 이상에서는 고도가 높을수록 지구중심으로부터 더 많이 떨어지므로 중력도 점점 약해지고 따라서 탈출속도도 점점 작아진다(지구반경(R)+고도(r)에 반비례하므로))

※ Vesc 수식 도출 과정(몇 가지 방법이 있는데 그 중 한 가지 방법). 탈출 속도 V를 가지고 있는 행성 질량을 M, 탈출하는 물체의 질량을 m이라고 하면, 이 물체의 운동에너지(K)는 K=(1/2)mv2. 물체의 위치에너지(U)는 U=-G·Mm/R(G: 만유인력 상수, M: 행성의 질량, m: 물체의 질량, R: 행성의 반지름). 에너지 보존의 법칙에 따라 K+U=0이기 때문에 (1/2)mv2+-GMm/R=0(1/2)mv2=GMm/Rmv2=2GM/R(G값을 알고, M(지구질량)값을 알고, R(지구반경)값을 알고 있으므로 탈출속도를 구할 수 있다.)

※ [고등학교물리학] #1. 역학-18. 탈출속도(제2우주속도) (17:23) https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A4%91%EB%A0%A5_%EC%83%81%EC%88%98G ※ 만유인력상수(=중력상수) – [위키피디아] https://www.youtube.com/watch?v=QNcPXclbBCM=(6.67384 ±0.0000080) × 10-11Nm2kg-2 =(6.67384±0.0000080) × 10-11m3kg-1s-2

● 제3우주속도: – 태양계를 탈출하기 위한 속도. 16.7km/s. – 다만 지구공전속도 방향으로 발사했을 때이다. 그래야 지구공전속도(30km/s)의 힘을 부가적으로 얻을 수 있다.- 제2우주속도와 제3우주속도를 천체의 탈출속도라고 한다. 각 행성의 탈출 속도는 그 행성을 탈출하는 데 필요한 속도인 제2 우주 속도를 가리킨다.

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※ 【Basic 고등학생을 위한 물리 용어 사전】제1 우주 속도 http://terms.naver.com/entry.naver?docId=941130&cid=47338&categoryId=47338

※ [두산백과] 우주속도 http://terms.naver.com/entry.naver?docId=1261912&cid=40942&categoryId=32285

※ [두산백과] 탈출속도 http://terms.naver.com/entry.naver?docId=1152289&cid=40942&categoryId=32286

※ [사이언스 올] 우주속도 http://www.scienceall.com/ 우주속도 space-speed /

● [제주항공우주박물관]우주선이 지구를 떠나는 데 필요한 속도는 어느 정도일까요?https://m.blog.naver.com/fly_jam/221352928016 안녕하세요! 제주항공우주박물관의 온라인 도슨트 투어에 오신 것을 환영합니다. 오늘도 JAM과 함께 우… m.blog.naver.com

완결된 연재 / 하늘의 과학 제12강 인공위성과 우주비행 Editor! 2019년 6월 18일 09:33 출처:https://sciencebooks.tistory.com/1372 [ScienceBooks]연재 마지막 주제는 인공위성과 우주비행입니다. 우주 공간에서는 공기가 없고 항공기 엔진으로는 비행할 수 없으며 액체 산소를 탑재한 로켓으로만 비행할 수 있습니다. 인공위성과 우주선도 비행기로…sciencebooks.tistory.com (이 내용을 모두 충분히 이해할 수 있다면 얼마나 좋을까!)

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이상과 같이 나름대로 정리해봤는데 의외로 복잡한 부분이 있었다. 그것은 지구의 공전과 자전이 포함돼 있기 때문에 우주속도 계산을 할 때 지구의 자전속도(465m/s)와 공전속도(30km/s)를 고려해야 한다는 점이다. 예를 들어 지구 탈출 속도 11.2km/s는 지구 자전 속도가 고려되지 않은 값이지만 지구의 자전 속도를 고려하면 약 10.7km/s가 된다며 제3 우주 속도도 지구 공전 속도(30km/s)를 고려한 값이라고 한다. 지구의 공전 속도를 고려하지 않거나 공전 방향과 다른 방향으로 발사할 경우 훨씬 빠른 속도가 필요하다.