나는 "일반물리를 공부하던 도중에 우주에서 방귀를 뀌면 앞으로 나갈까?'하는 생각이 들었다. 참 나도 바보 같은게 여지껏 물리를 공부해놓고 이런 질문에 곧바로 해답을 생각해내지 못했다는게 물리기초지식에 대한 이해가 확실하지만은 않는 것 같다. 이 글을 통해서 개념을 바로 잡도록 해야겠다.
우선 결론부터 말하자면 앞으로 갈 수 있다.
그렇다면 어떻게 갈 수 있고, 실제로는 얼마 만큼 빠르기로 얼마 만큼이나 갈 수 있는지를 알아보자.
글의 순서)
1."우주에서 방귀 뀌면 어떻게 될까?"
2."우주에서 방귀를 뀌면 얼마만큼의 빠르기로 얼마 만큼이나 나아갈 수 있을까?"
*공식 유도와 같은 상세한 설명은 다소 지루할 수 있음으로 생략하겠다.
※논리 주의
1.우주에서 방귀 뀌면 어떻게 될까?
1)로켓의 추진(Roket Propulsion) / +뉴턴 제 3법칙, (선)운동량 보존 법칙
우선 어떻게 방귀를 뀌었는데 앞으로 갈 수 있지?에 대한 것에 대한 물음에 대한 이해는 로켓의 원리와 같기 때문에 쉽게 이해할 수 있다. 우선 로켓의 원리는 뉴턴 제 3법칙인 작용-반작용의 원리를 따른다. 작용-반작용에 대한 이해가 부족하다면 일상생활 속의 사례들을 살펴보자. (로켓의 추진은 뉴턴의 제 2,3법칙을 통해서 설명할 수도 있지만, 선운동량 보존법칙의 보상 운동량에 의해서도 설명이 될 수 있다. )
이처럼 작용-반작용은 일상생활 속에서 우리들이 무수히 많이 경험하고 있는 이 법칙이 로켓을 움직이기도 한다.
더 나아가 작용-반작용이 아닌 조금 더 전문적인 지식으로 이해 해보자. 위 로켓 사진 처럼 로켓이 연료를 연소하여 발생한 가스 분사가 작용이고, 분사된 가스가 로켓을 미는 힘이 반작용이다. 그러나 우리는 일상생활속에서 반작용이 무수히 많기 때문에 무수히 많은 반작용을 똑같이 부르면 헷갈릴 수 밖에 없다. 그렇기 때문에 우리는 가스가 로켓을 미는 힘을 물리에서는 추진력(또는 추력, thrust)이라고 한다. 추진력에 대한 식은 다음과 같다.
(관심 있는 사람만 읽기를 권장)
(1)식은 로켓의 속력변화와 배기속력과의 관계를 나타내고 있는 식이고, (2)식은 추진력에 대한 식이다. 이 식을 이해하면 좋지만 이 식을 이해하기 어렵다면 이 글을 읽는데 크게 중요한 것은 아니니 넘어가도 좋다. 다만 (1), (2)식은 2번째 질문인 "우주에서 방귀를 뀌면 얼마만큼의 빠르기로 얼마 만큼이나 나아갈 수 있을까?"에 대한 답을 도출하기 위한 아주 중요한 식이다.
결론) 우주에서 방귀 뀌면 어떻게 될까?
만약 어떠한 힘(중력 등의 힘)도 존재 하지 않는 우주에서 사람이 방귀를 뀐다면 작용-반작용에 의해서 즉, 사람 몸 내부에 있는 가스가 방출이 되면서 추진력을 받아 사람은 앞으로 움직이게 된다.
우주에서 정지해있다가 방귀를 뀌면 상당히 위험하다!
그 이유는 방귀 하나 때문에 원치도 않는 목적지 없는 여행을 떠나게 될지도 모르기 때문이다. 그러니 우주에서 최대한 최대한 방귀를 참는게 좋을 것이다. ㅋㅋㅋ( 외력이 존재하지 않고, 초기 속력이 0일 때만 해당 ) 그리고 우주에서 방귀뀌어서 앞으로 나아간다 할지라도 비교대상이 없기 때문에 내가 나를 보았을 때 내가 가고 있는지 가만히 있는지 구분할 수가 없다.
2.우주에서 방귀를 뀌면 얼마만큼의 빠르기로 얼마 만큼이나 나아갈 수 있을까?
추진력을 이해했다면 이제는 "아 이런게 있구나" 하며 이해모드에서 감상모드로 전환해도 좋을 것 같다. 이제 밑의 글과 식들은 글쓴이의 궁금증을 해소하기 위한 나름 논리적인 가상 실험이다.
2)우주방귀 실험(가정)
우선 우주에서 방귀를 뀌었을 때 사람의 빠르기를 구하기를 구할 가상 실험 공간과 몇 가지의 가정이 필요로하다. 가정은 다음과 같다.
가상 실험 공간과 가정)
*외력이 존재하지 않는, 아무것도 없는 우주 공간이라 설정
1. 방귀 한 번 뀌었을 때의 양 100ml로 가정
2. 방귀 배출 속력이 0.2m/s라 가정(Ve=0.2m/s)
3. 사람의 몸무게(질량)가 70kg이라 가정
4. 방귀 100ml양이 1초만에 나온다고 가정
이제 몇가지 계산을 통해서 방귀뀌었을 때의 사람의 속력을 구할 수 가 있는데 위에 나왔던 수식 (1)을 가져와서 대입해보자. 우리가 구하고자 하는 속력은 정지해 있다가 방귀를 뀌고 난 후의 사람의 속력을 구하고 싶은 것이다. 그렇기에 나중속력에 대한 식을 만들어준다.
이 식을 막상 이용하려 하니까 방귀의 질량을 알 수가 없다...... 방귀의 질량만 알 수 있다면 속력을 알 수 있을텐데 말이다. 밀도 식과 메탄가스(방귀)의 밀도를 알 수 있다면 손 쉽게 방귀의 질량을 알 수 있다. 메탄가스의 밀도는 0.657kg/m^3이고 방귀의 양(부피)는 100ml로 정했으니 단위를 m^3(세제곱)로 환산해주고 계산 해주면 방귀의 질량을 구할 수 있다.
이제 정말 끝났다. 방귀의 질량을 알았으니 대입만 하면 방귀뀌고 난 후의 사람의 빠르기를 알 수 있다.
(만일 방귀로 부터 나오는 추진력을 구하고 싶다면 (2)식에 대입해서 구해보길 바란다.)
우주에서 방귀 한 번 뀌었을 때 1.88E-7m/s의 빠르기를 구했지만 이 정도 빠르기가 어느 정도 인지 한 번 가늠해보자.
이 속도로 서울-부산까지 간다면 (400Km가정) 67619년이 걸리고, 지구-달 까지는 64761904년이 걸린다. 6만년이라는 시간은 지금으로 부터 구석기 시대까지의 시간이고, 6000만년이라는 시간은 인간이 진화하기도 전인 시간이다. 어느정도의 빠르기인지 가늠이가는가? 이 속도는 거북이 보다도 한참 느린 속도인 것이다. ㅋㅋ
이로써 우리는 우주에서 방귀 한 번 뀌었을 때 얼마 만큼의 빠르기로 진행 할 수 있는지 구해보았고, 방귀뀌었을 때의 속력으로 서울에서 부산까지 지구에서 달까지 몇년이 걸리는지를 통해 얼마나 느린 속력인지 간접적으로나마 알 아 볼 수 있었다.
결론
1."우주에서 방귀 뀌면 어떻게 될까?"
-> 추진력을 받아 앞으로 나아 갈 수 있음.
2."우주에서 방귀를 뀌면 얼마만큼의 빠르기로 얼마 만큼이나 나아갈 수 있을까?"
-> 1.88E-7m/s만큼의 속력으로 서울에서 부산 까지 간다면 6만년이 걸리고, 지구에서 달까지 6000만년이 걸림.
이제 방귀에 관한 재밌는 사실들을 남기며 이 글을 마치겠다.
사실 우주비행사들은 우주선 밖에서 활동을 할 때 항상 질소 방귀를 뀌면서 원하고자하는 위치로 방귀를 자유자재로 뀌면서 돌아다닌다. 그 방귀 장치 이름이 질소추진장치이다. (진짜 방귀를 뀐다는 의미는 아님) 우주복 뒤에 달려있는 장치가 질소 추진 장치이다.
또 다른 방귀에 대한 재미있는 사실은 우주선 내부에서 방귀를 참다가 선내에서 기압 강하가 발생하면 기압 차이로 인해 장이 파열될 수 있다는 이야기가 있다. 장 내부에는 항상 인체가스가 괴어 있는데, 문제는 장이라는 것이 소장부터 대장까지 거의 9-10m에 달하는 매우 긴 길이이기 때문에 장이 모두 비어있기 힘들고 연동운동 등으로 인해 가스의 흐름이 원활하지 않을 경우도 많다. 때문에 방귀가 나오는 것을 참아서 가뜩이나 장 내부의 기압이 올라가 있는 타이밍에 기압 강하가 일어나면 장내 인체가스의 팽창으로 인해 일부가 파열될 수 있는 것이다. 따라서 우주선에 근무하는 승무원들은 방귀가 나올 것 같으면 아무리 근무 중이라도 즉시 보고하고 서둘러 화장실로 달려가 방귀를 뀌라고 교육받는다. 참고로 우주선 내부에서 자주 몰래 방귀를 뀌게 되면 가스가 쌓여 우주선이 폭발할 수 있는 위험이 있기 때문이라는 점이다.
방귀 썰 출처 https://namu.wiki/w/%EB%B0%A9%EA%B7%80
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