물리학백과
탈출속도
[ Escape velocity ]
탈출속도는 천체의 특정 위치에 있는 물체가 그 천체의 중력에서 벗어나기 위한 최소의 속력를 의미한다.
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목차
1.뉴턴의 만유인력과 탈출속도
2.태양계와 탈출속도
3.블랙홀과 탈출속도
뉴턴의 만유인력과 탈출속도
질량이
인 물체가 질량이
인 천체 주위에서 운동할 경우, 물체의 운동을 에너지보존법칙으로 설명할 수 있다. 천체의 중심으로부터
만큼 떨어진 위치에서
의 속도를 가진 물체의 전체 역학적에너지는 아래와 같다. (단, 물체의 질량은 천체 질량에 비해 매우 작아서 (
) 천체의 질량중심은 고정된 것으로 근사될 수 있는 경우를 가정한다.)
물체가 천체로부터 탈출하려면
까지 갈 수 있어야 하므로 에너지는
을 만족시켜야 한다. 탈출속도는
인 경우 중심으로부터 거리가
인 위치에서 물체의 속력에 해당한다.
태양계와 탈출속도
태양계를 구성하는 태양 및 행성의 자체 중력에 의한 표면에서의 탈출속도와 외부 천체의 중력에 의한 현재 공전 궤도에서의 탈출속도가 아래에 정리되어 있다. 1) 예를 들면, 지구 표면에서 지구 중력을 벗어나기 위한 탈출속도는 11.2 km/s이지만, 지구 궤도에서 태양의 중력을 벗어나기 위한 탈출속도는 42.1 km/s 이다.
천체 자체 중력에 의한 표면 탈출속도 (km/s) 외부 천체의 중력에 의한 탈출속도 (km/s) (해당 외부 천체)
태양 617.5 492-594 (우리 은하)
수성 4.3 67.7 (태양)
금성 10.3 49.5 (태양)
지구 11.2 42.1 (태양)
화성 5.0 34.1 (태양)
목성 59.6 18.5 (태양)
토성 35.6 13.6 (태양)
천왕성 21.3 9.6 (태양)
해왕성 23.8 7.7 (태양)
달의 표면에서의 자체 질량에 의한 탈출속도는 2.4 km/s로 행성의 탈출속도에 비해 작고, 달 위치에서 지구에 의한 탈출 속도는 1.4 km/s이다.
블랙홀과 탈출속도
특수상대성이론에 의해 어떤 물체도 빛보다 빠르게 움질일 수 없으므로, 최대 탈출속도는 빛의 속도를 넘지 못한다. 최대 탈출속도가 빛의 속도가 되는 경계면 내부에서는 빛을 포함한 어떤 물체도 밖으로 빠져나올 수 없다. 빛이 빠져 나오지 못하는 경계를 사건의 지평선으로 부르고, 모든 질량이 사건의 지평선 안에 몰려 있는 천체를 블랙홀이라고 한다.
정확한 사건의 지평선 반지름은 일반상대론을 이용하여 구할 수 있고 회전하지 않는 블랙홀의 경우는 아래와 같다. (이 결과는 뉴턴역학에서 유도된 탈출속도 공식에 빛의 속도를 대입해도 같은 결과를 얻을 수 있지만, 사건의 지평선 근처에서 뉴턴역학을 적용할 수 없으므로 올바른 유도는 아니다.)
매우 빠르게 회전하는 블랙홀의 사건의 지평선 반지름은 위 값보다 작아진다. 최대로 회전하는 블랙홀의 경우 (사건의 지평선 자체가 빛의 속도로 회전하는 경우)에는 사건의 지평선 반경이 반으로 줄게 된다.
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Escape_velocity
출처
제공처 정보
물리학백과
제공처 한국물리학회 한국물리학회 로고 http://www.kps.or.kr
물리학 및 과학의 발전에 이바지하고, 그 응용 지식을 널리 보급하는데 기여하기 위하여 설립된 학회. 1952년에 창립되었으며, 12개의 분과와 7개의 지부, 20,000 여명의 회원을 가진 국내 물리학 분야의 대표적인 학회이다. SCI 등재 학술지 <JKPS>, <CAP>, SCOPUS 등재 학술지 <새물리>, 홍보지 <물리학과 첨단기술>을 발행하고 있다.
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