광속 음속 자전속도 공전속도 등 우주의 다양한 속도와 천문단위

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광속 음속 자전속도 공전속도 등 우주의 다양한 속도 & 1AU, 1PC

 

빛의 속도 : 광속

 

빛의 속도는 약 30만km/s 입니다. 즉 1초에 약 30만km의 속도로 운동합니다.

정확하게 말하면 빛은 진공에서 299,792,458m/s의 속도를 나타냅니다. 이는 SI단위에서 1m를 빛이 299,792,458분의 1초 동안 이동한 길이로 정의하고 있기 때문에 정확한 빛의 속도를 나타냅니다.

 

광속불변과 매질에 따른 빛의 속도

빛은 전자기파로 입자와 파동의 성질을 모두 지니며, 매질이 없어도 전파되는 특징을 지닙니다. 그리고 아이슈타인의 특수 상대성이론에 의하면 관찰자의 위치나 운동상태와 무관하게 항상 일정한 속도 c를 갖는다고 말합니다. 하지만 우리가 일반적으로 말하는 광속 c는 진공상태에서의 속도를 말하며 매질이 바뀌면 속도가 지연되어 결과적으로 빛의 속도가 느려진 것으로 관측됩니다. 이는 실제로 빛의 속도가 변하는 것은 아니고 일정하지만 매질을 통과하는 동안 원자/분자에 의해 흡수 및 방출되어 지연이 발생하는 것으로 볼 수 있습니다. 즉 매질에서의 광속은 입자의 밀도에 따라 그 매질을 통과하는 평균 속도가 느려질 수 있으나 실제 속도는 항상 299,792,458m/s로 일정한 것입니다.

 

 

소리의 속도 : 음속

 

소리(음파)는 매질을 따라 파동의 형태로 전달되며, 매질이 없으면 전파될 수 없습니다. 그래서 우주와 같은 진공상태에서는 소리를 들을 수 없습니다.

 

음속은 실온에서 약 340m/s이고, 매질이나 온도, 고도 등에 영향을 받아 속도가 변합니다. 결국 음속은 매질의 밀도에 따라 변하는데 온도 또한 매질의 밀도에 영향을 주기 때문에 온도에 따라 음속이 달라지게 됩니다.

 

매질에 따른 음속

환경	매질	음속 (m/s)
0℃ 기체	공기	331
	이산화탄소	259
	산소	316
	헬륨	965
	수소	1,290
20℃ 액체	에탄올	1,160
	수은	1,450
	물	1,480
	해수	1,540
고체	가황 고무	54
	폴리에틸렌	920
	대리석	3,810
	유리	5,640
	알루미늄	5,120
	납	1,960
	강철	5,960

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음속, 주파수, 파장의 관계

다른 모든 파동과 마찬가지로 소리도 주파수와 파장의 특성을 지니며, 음속과 주파수 및 파장 사이에 관계식이 성립합니다. 음속 v는 아래와 같이 주파수 f와 파장 λ의 곱으로 나타낼 수 있습니다,.

 

v = f·λ

v = 음속(m/s)

f = 주파수(Hz)

λ = 파장(m)

 

소리의 중요한 속성 중 하나는 음속이 주파수와 거의 무관하다는 것입니다.

예를 들어 음악을 연주하는 악기의 경우 고주파 음이나 저주파 음이 우리 귀에 동시에 전달되어 음악을 감상할 수 있게 해주는데 이는 주파수가 높을수록 파장이 짧아지기 때문에 동일한 음속을 갖게 되는 것을 말합니다.

그리고, 소리의 속도는 매질이 변하면 바뀔 수 있으나 주파수는 원래 음원의 주파수를 유지하기 때문에 일반적으로 동일하게 유지됩니다. 즉 매질 변화로 인해 음속이 빨라지면 파장이 커지게 됩니다.

 

 

지구의 자전속도와 공전속도

 

지구는 자전축을 중심으로 자전하면서 동시에 태양을 중심으로 공정합니다.

 

이때 지구의 자전속도는 적도를 기준으로 했을때 약 1,670km/h의 속도로 운동합니다. 이는 1초에 464m를 회전하는 속도입니다. 그리고 공전속도는 29.783km/s입니다. 약 1초에 30km를 이동합니다. 이러한 지구의 자전과 공전으로 인해 일주운동과 계절의 변화가 나타나게 됩니다.

 

일주운동은 하늘의 북극을 중심으로 하루에 한 번씩 반시계 방향으로 원을 그리며 움직이는 것을 말하며, 별이 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 23시간 56분 4초인데 이것을 1항성일(Didereal day)이라고 합니다. 그리고 지구의 자전축이 기울어진 상태로 공전하기 때문에 낮길이가 변하고 계절의 변화가 발생합니다.

 

 

천문단위 광년(Light-year), 파섹(Parsec), AU

 

1광년은 빛이 1년 동안 이동한 거리를 말하며, 단위는 ly로 표기합니다.

1ly는 약 9조 4,608억km에 해당합니다.

 

1파섹은 주로 천문학에서 쓰는 거리 단위로 pc로 표기하며, 이는 약 3.26광년의 거리에 해당합니다.

 

천문단위 AU는 주로 태양계 내에서 거리를 표현할 때 사용하는 단위로 1AU는 지구에서 태양까지의 평균거리를 말합니다. 이는 약 1억 4,960만km에 해당하는 거리입니다.

 

천문단위 예시

 

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