우주속도란 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 원 궤도로 비행하기 위한 속도. 지구 표면을 스치듯 도는 인공위성의 속도. 7.9km/s-물체가 지구 주위를 타원이나 원궤도로 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 근처에서 물체를 수평 방향으로 7.9km/s로 던지면 지구 주위를 돌면서 떨어지지 않는다.
※ [고등학교 물리학] #1. 역학 – 16. 인공위성, 제1우주속도의 모든 것 (09:41) https://www.youtube.com/watch?v=B9_CQKBbpEs
※ 인공위성이 지구를 도는 원리는 무엇인가. [잡념 저장소] (04:19) https://www.youtube.com/watch ? v=4 Ihd Ot3j BlE (그 유명한 뉴턴의 프린키피아 내용이 잠깐 언급됨)
● 제2우주속도 : – 지구의 인력을 피하기 위한 최소속도. 11.2km/s. 인공위성의 속도가 7.9~11.2㎞/s이면 타원궤도를 돌고, 11.2㎞/s는 넘어야 지구 중력에서 벗어날 수 있다. 지구 탈출 속도(escapevelocity)라고도 한다.- 물체가 지구 중력장을 탈출하는 데 필요한 탈출 속도 – 지구 궤도로 탈출해서 다시 지구로 돌아오지 않는다 그러나 태양의 인재에게서 벗어날 수 없는 지구처럼 태양 주위를 돌게 된다.- 제1우주속도의 약√2(루트2) 곱절의 속도(=7.9km×1.414). 공전 궤도가 포물선이 되다.-제2우주속도는 지구가 정지했을 때의 값이기 때문에 실제 인공위성루 발사 때는 지구의 자전속도(465m/s)를 고려한다. 발사방향을 지구의 자전방향과 같이 적도면에서 발사할 경우 탈출속도는 지구 자전속도 약 0.5km/s를 제외한 10.7km/s로 발사하면 지구중력권을 탈출할 수 있다.- 임의의 한 행성에서의 탈출 속도 구하는 식 : (V esc : 우주 속도 (제2 우주 속도), G : 만유 인력 상수, M : 행성의 질량 R : 행성의 반경)
-위 식에 따르면 탈출속도(V esc)는 행성의 질량(M)에 비례하여 행성의 반경(R)에 반비례한다.(중력은 질량에 비례하기 때문에 행성의 질량이 클수록 중력이 커져 더 빨리 탈출속도가 필요하고, 행성의 반경이 커질수록 행성의 중심에서 모름에 중력이 약해지기 때문이다.제2우주속도 이상에서는 고도가 높을수록 지구의 중심에서 더 많이 벗어나기 때문에 중력도 점차 약해지고 따라서 탈출속도도 점점 작아진다.(지구반경(R)+고도(r)에 반비례하므로))
※ V esc 수식의 도출 과정 (다양한 방법이 있지만, 그 중의 하나의 방법). 탈출 속도 V를 가지고 있는 행성 질량을 M, 탈출하는 물체의 질량을 m이라고 하면, 이 물체의 운동 에너지(K)는 K=(1/2) mv2. 물체의 위치 에너지(U)는 U=-G·Mm/R(G: 만유 인력 상수, M: 행성의 질량, m: 물체의 질량, R: 행성의 반경). 에너지보존법칙에따라K+U=0이므로(1/2)mv2+-GMMm/R=0(1/2)mv2=GMm/Rmv2=2GMM/R(G가격알고,M(지구질량)가격알고,R(지구반경)값을알고있으므로탈출속도를구함)
※ [고등학교 물리학]#1. 역학-18. 탈출 속도(제2우주속도)(17:23) https://www.youtube.com/watch?v=QNcPXclbBCM ※ 만유인력상수(= 중력상수)- [판위키백과] https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A4%91%EB%A0%A5_%EC%83%81%EC%88%98G=(6.67384 ± 0.0000080)×10-11 N m2 kg-2=(6.67384 ± 0.0000080)×10-11 m3 kg-1
●제3우주속도:-태양계를 탈출하기 위한 속도. 16.7km/s.-단, 지구공전속도 방향으로 발사했을 때. 그래야 지구공전속도(30km/s)의 힘을 부가적으로 얻을 수 있을 것.제2우주속도와 제3우주속도를 천체의 탈출속도라고 한다. 각 행성의 탈출 속도는 그 행성을 탈출하는 데 필요한 속도인 제2우주속도를 가리킨다.
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※ [Basic 고교생을 위한 물리 용어 사전] 제1 우주 속도 https://terms.naver.com/entry.naver?docId = 941130 & cid = 47338 & categoryId = 47338
※ [두산백과] 우주속도 https://terms.naver.com/entry.naver?docId = 1261912 & cid = 40942 & categoryId = 32285
※ [두산백과] 탈출속도 https://terms.naver.com/entry.naver?docId = 1152289 & cid = 40942 & categoryId = 32286
※ [사이언스올] 우주 속도 https://www.scienceall.com/ 우주 속도 space-speed/
● [제주항공우주박물관] 우주선이 지구를 떠나는 데 필요한 속도는 얼마나 될까요?https://m.blog.naver.com/fly_jam/221352928016 안녕하세요! 제주항공우주박물관의 온라인 도슨트 투어에 오신 것을 환영합니다. 오늘도 JAM과 함께… m.blog.naver.com
완결된 하늘과학 제12강 인공위성과 우주비행 Editor! 2019.6.18.09:33 출처 : https://sciencebooks.tistory.com/1372 [Science Books]연재 마지막 테마는 인공위성과 우주비행입니다. 우주 공간에서는 공기가 없어서 항공기 엔진으로는 비행할 수 없고, 액체 산소를 탑재한 로켓만으로 비행할 수 있습니다. 인공위성과 우주선도 비행기로… sciencebooks.tistory.com (이 내용을 전부 충분히 이해할 수 있다면 얼마나 좋을까!)
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이상과 같이 나름대로 정리해 보았으나 의외로 복잡한 구석이 있었다. 그것은 지구의 공전과 자전이 포함되어 있기 때문에 우주 속도 계산을 할 때 지구의 자전 속도(465m/s)와 공전 속도(30km/s)를 고려해야 한다는 점이다. 예를 들어 지구탈출 속도 11.2km/s는 지구 자전 속도를 고려하지 않은 값이지만 지구의 자전 속도를 고려하면 약 10.7km/s가 될 것이며 제3우주 속도도 지구 공전 속도(30km/s)를 고려한 값이라고 한다. 지구공전 속도를 고려하지 않거나 공전 방향과 다른 방향으로 발사할 경우 더 빠른 속도가 필요하다.