무중력 낙하탑

Drop tower (microgravity drop facility)

땅 위에서도 몇 초 동안 «무중력» 을 만드는 방법이 있을까요?

무슨 일이 일어났나

낙하탑은 실험 장치를 통째로 떨어뜨려, 장치와 그 안의 물체가 함께 자유 낙하하는 동안 무게가 거의 없는 상태를 만듭니다.

NASA 글렌 연구 센터(클리블랜드)의 무중력 연구 시설은 1966 년부터 쓰였고, 142 m 길이의 진공 통 안에서 장치를 132 m 떨어뜨려 5.18 초 동안 무중력에 가까운 상태를 만듭니다.

통 안 압력을 0.05 torr 까지 낮추는 데 약 1 시간이 걸리고, 그 덕분에 남는 가속도는 0.00001 g 아래입니다 — 공기가 있으면 공기 저항이 장치를 늦춰 무중력이 깨집니다.

시뮬레이터에서 공기 없이 100 m 를 떨어지면 4.52 초에 44.3 m/s 가 되지만, 공기 저항(0.02 kg/m)을 넣은 공은 6.07 초 걸려 21.9 m/s 로 닿아 크게 뒤처집니다.

떨어진 장치는 바닥 수레를 채운 지름 3 mm 발포 폴리스티렌(스티로폼) 알갱이 속 약 4.6 m 를 파고들며 평균 35 g 로 멈춥니다.

📸 진짜 모습

NASA 루이스 연구 센터 무중력 연구 시설에서, 진공으로 만든 깊은 낙하 통로 위에 걸린 네모난 낙하 시험 장치입니다.불러오는 중…📸 사진

NASA 루이스 연구 센터 무중력 연구 시설에서, 진공으로 만든 깊은 낙하 통로 위에 걸린 네모난 낙하 시험 장치입니다.

출처: NASA/GRC · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

  • 엘리베이터가 내려가기 시작할 때 속이 살짝 «뜨는» 느낌은 낙하탑의 무중력을 아주 조금 맛보는 셈입니다.
  • 우주 정거장의 우주 비행사가 떠다니는 것도 정거장과 함께 지구 쪽으로 계속 떨어지며 지구 둘레를 돌기 때문입니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

  • 진공 통 (142 m) — 강철로 만든 긴 통. 공기를 뽑아 떨어지는 장치가 공기 저항을 받지 않게 합니다.
  • 진공 펌프 — 통 안 공기를 약 1 시간 동안 뽑아 압력을 0.05 torr 까지 낮춥니다.
  • 실험 장치 (낙하체) — 지름 1 m · 길이 4.0 m 원통. 실험 장비와 비디오 카메라 · 기록 장치를 싣고 함께 떨어집니다.
  • 감속 수레 — 통 바닥에 있는 지름 3.3 m 수레. 3 mm 스티로폼 알갱이로 차 있어 떨어진 장치를 받아 멈춥니다.
  1. 실험 장비를 원통형 낙하체에 싣고 진공 통 꼭대기에 매답니다.
  2. 펌프로 약 1 시간 동안 통 안 공기를 뽑습니다.
  3. 낙하체를 놓으면 132 m 를 5.18 초 동안 떨어지고, 그동안 안의 실험은 무중력에 가까운 상태에서 카메라로 기록됩니다.
  4. 낙하체는 바닥의 스티로폼 알갱이 수레에 박혀 평균 35 g 로 멈춥니다. 이 시설은 하루에 한 번 떨어뜨립니다.

확인된 값

자유 낙하 거리
132 m 출처
무중력에 가까운 시간
5.18 s 출처
운영을 시작한 해
1966 출처
있는 곳 (NASA 글렌 연구 센터, 클리블랜드)
Glenn Research Center, Cleveland 출처
진공 낙하 통 길이
142 m 출처
바닥에서 멈출 때 평균 감속 (g 의 배수)
35 g 출처
진공 덕분에 남는 공기 저항 가속도 (g 의 배수)
<0.00001 g 출처
감속 수레를 채운 발포 폴리스티렌 알갱이 지름
3 mm 출처
알갱이 속을 파고들며 멈추는 거리
4.6 m 출처
진공 통 공기를 뽑는 데 걸리는 시간 (약 1 시간)
3600 s 출처
진공 통 압력 (0.05 torr ≈ 6.67 Pa)
6.67 Pa 출처
낙하체 크기 (지름 1 m · 길이 4.0 m 원통)
1 m × 4.0 m 출처
감속 수레 지름
3.3 m 출처
낙하체에 싣는 기록 장비 (비디오 카메라 등)
video cameras 출처
하루에 떨어뜨리는 횟수
1 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 운동과 에너지 [9과19-02]
  • 한국 2022 · 통합과학1 · 시스템과 상호작용 [10통과1-03-03]

출처

이어서 보기

같은 단원 · 운동의 기술

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