속도의 정의, 물리학과 비행이론의 속도 종류

 

 

속도의 정의

 

속도의 이론에 대해 실생활에서 많이 쓰지 않는다고 생각해서

자신과 상관이 없다고 큰 관심이 없을 수 있습니다.

 

그러나 자동차를 운전하거나 할 때는 속도를 매우 민감하게 보게 되기도 하고

간혹 고속철도나 비행기를 타게 되면 빠른 속도에 놀라기도 합니다.

 

최근에는 자전거에도 속도계를 장착하고 다니시는 분들도 계시는데

속도라는 것은 알게 모르게 우리 생활 속에 가까이 있습니다.

 

속도는 물체가 단위 시간 동안 이동한 거리를 나타내는 물리적인 양을 의미합니다.

 

일반적으로는 다음과 같은 공식으로 표현됩니다:

 

속도 = 이동한 거리(Δ) / 소요된 시간(Δt)

 

속도는 크기만을 나타냅니다.

 

하지만 방향과 함께 나타내면 이를 벡터 속도라고 합니다.

 

예를 들어, 50 km/h로 서쪽으로 이동하는 것은

속도의 크기와 방향을 모두 포함한 벡터 속도입니다.

 

속도는 물리학에서 매우 기본적이면서도 중요한 개념으로,

운동이나 위치의 변화를 설명하는 데 사용됩니다.

 

이동하는 물체의 속도를 이해하고 계산하는 것은

자동차, 비행기, 로봇, 우주선 등과 같은 다양한 분야에서 중요합니다.

 

 

 

물리학에서의 속도 종류

 

물리학에서 속도는 여러 가지 개념으로 나뉩니다

 

평균 속도 (Average Speed)란

전체 이동한 거리를 전체 소요된 시간으로 나눈 값으로,

일반적으로 구간 동안의 평균 속도를 의미합니다.

 

순간 속도 (Instantaneous Speed) :

매우 작은 시간 간격 동안의 이동한 거리의 비율로 정의되며,

정확한 순간의 속도를 나타냅니다.

수학적으로는 미분을 사용하여 정의됩니다.

 

상대 속도 (Relative Velocity) :

두 물체 간의 상대적인 속도입니다.

이것은 관측자의 관점에 따라 달라질 수 있습니다.

예를 들어, 두 차량이 서로 다른 속도로 움직일 때,

한 차량을 다른 차량에 상대적으로 비교한 속도가 상대 속도입니다.

 

평균 가속도 (Average Acceleration) :

일정 시간 동안 속도의 변화량을 시간으로 나눈 값입니다.

 

순간 가속도 (Instantaneous Acceleration) :

순간 속도와 유사하게, 매우 작은 시간 간격 동안의 속도 변화 비율을 나타냅니다.

 

 

이러한 속도의 종류들은 물리학에서 다양한 운동과 관련된

개념들을 설명하는 데 사용됩니다.

 

 

 

 비행 이론의 속도 종류 

 

비행 이론에서는 물리학에서 사용되는 여러 가지 속도의 개념이 활용된

다양한 다른 개념의 속도 종류가 있습니다.

 

비해 이론에 사용되는 속도의 개념은 조금 복잡할 수 있습니다.

 

비행체의 운동과 성능을 설명하고 평가하는 데 사용됩니다.

 

일부 주요한 비행 속도의 종류는 다음과 같습니다:

 

 

계기속도 (Indicated Air speed – IAS)

"Indicated Air speed" (IAS)는 비행기 내부에 부착된

공기속도계(Instruments Air speed Indicator)에서 표시되는 대기속도를 나타냅니다.

 

IAS는 비행기가 대기 중에서 계기를 통해 직접 측정한 속도를 의미합니다.

 

IAS는 대기속도를 측정하는 데 사용되는 주된 기기 중 하나이며,

비행기의 안전한 조종 및 운용에 필수적입니다.

 

그러나 이 값은 기상 조건에 따라 변할 수 있습니다.

 

대기속도계는 기압 차이를 이용하여 속도를 계산하므로,

대기압의 변화에 따라 IAS도 변할 수 있습니다.

 

IAS는 실제 비행 속도를 나타내는 것이 아니며,

정확한 비행 속도를 얻기 위해서는 이를 Calibrated Air speed (CAS)나

True Air speed (TAS)로 보정해야 실제 비행 속도에 더 가깝습니다.

 

정확한 비행 속도를 얻기 위해 IAS는 여러 가지 요인에 따라 보정되어야 합니다.

 

 

수정속도 (Calibrated Air speed – CAS)

"Calibrated Air speed" (CAS)는 항공기에서 사용되는 속도의 하나로,

대기속도(Indicated Air speed, IAS)를 기압 및 기온과 같은 환경 조건에 따라

보정한 속도를 나타냅니다.

 

CAS는 정확한 비행 속도를 측정하기 위해 사용됩니다.

 

대기속도(IAS)를 근간으로 고도, 온도, 밀도 등이 변하면 대기속도도 변하게 됩니다.

 

따라서 이러한 환경 조건을 보정하여 얻은 속도가 Calibrated Air speed입니다.

 

Calibrated Air speed는 비행기의 성능과 안전에 관련된

다양한 계산과 운항 중에 사용됩니다.

 

보정된 속도 값은 비행기의 정확한 대기 상태에서의 속도를 나타내므로,

정확한 비행 및 항법을 위해 필수적입니다.

 

 

 등가속도 EAS는 Calibrated Air speed (CAS) 

 

EAS는 대기의 밀도 변화에 대한 보정으로 나누어 얻어지며,

이로써 대기 조건이 변해도 EAS는 일정한 값으로 유지됩니다.

 

EAS는 안전한 비행 및 항법에 중요한 역할을 하며,

특히 대기의 밀도가 고도에 따라 변하는 고속 비행에서

중요한 속도 측정 지표 중 하나입니다.

 

EAS는 보통 비행 계획 및 항행 중에 사용되며,

정확한 속도 정보를 제공하여 비행기 조종사가 안전하게 항공기를

운용할 수 있도록 돕습니다

 

 

등가속도 "Equivalent Air speed" (EAS)는 비행 기체의 속도를

정확하게 나타내기 위해 대기 밀도의 변화를 보정한 속도입니다.

 

EAS는 대기 밀도의 변화에 의한 오차를 보정하여

실제로 이동하는 속도를 나타냅니다.

 

 

 

 진대기 속도 (True Air speed – TAS) 

"True Air speed" (TAS)는 항공기가 대기 중에서

실제로 이동하는 속도를 나타내는 값입니다.

 

True Air speed는 대기속도(Indicated Air speed 또는 Calibrated

Air speed)를 대기의 밀도와 압력에 대한 보정을 통해 얻은 값입니다.

 

True Air speed는 고도, 기압, 온도와 같은 대기 조건의 변화에 따라서 변할 수 있습니다.

 

True Airs peed는 항공기의 실제 이동 속도를 나타내며,

비행 계획과 항법에 중요한 역할을 합니다.

 

특히 고도가 높아지면 대기의 밀도가 감소하고,

이는 대기속도와 True Air speed 간의 차이를 야기합니다.

 

True Airs peed를 정확히 계산하고 고려하는 것은

항공기 운행과 안전에 있어서 핵심적인 요소 중 하나입니다.

 

 

 지상속도 (Ground speed) 

 

"Ground speed"는 항공에서 사용되는 용어로,

비행체가 대지에 대해 이동하는 속도를 나타냅니다.

 

Groundspeed는 비행체의 대기속도(Indicated Air speed 또는

True Air speed)와 바람의 영향을 받아 결정됩니다.

 

비행체의 대기속도는 비행 중에 비행기 내부의 공기계에 표시된 속도를 나타냅니다.

 

그러나 대기속도는 공기의 밀도, 압력, 온도 등의 영향을 받아 변할 수 있습니다.

 

이와 더불어 바람이 비행기의 방향에 영향을 미치면,

비행기는 대지에 대해 다르게 이동하게 됩니다.

 

Groundspeed는 이러한 대기속도와 바람의 영향을 고려하여

계산된 비행체의 실제 지상 이동 속도를 나타냅니다.

 

바람이 반대 방향으로 불면 Ground speed는 대기속도보다 작게 나타나고,

바람이 동일한 방향으로 불면 Ground speed는 대기속도보다 크게 나타날 것입니다.

 

수학적으로, Ground speed는 다음과 같이 대기속도(Indicated Air speed 또는

True Air speed)와 바람 속도(Wind Speed)의 벡터 차이로 표현될 수 있습니다

Ground speed = 대기속도 − 바람속도 Ground speed = 대기속도 − 바람속도

 

Ground speed는 항공기의 실제 이동 속도를 판단하는 데 사용되며,

비행 계획 및 항행 중에 중요한 역할을 합니다.

 

 

 극초음속 속도 (Mach Number – M) 

 

"Mach Number"는 항공 우주 분야에서 사용되는 물리적인 속도의 표현 중 하나로,

비행체의 속도를 음속(Speed of sound)으로 나눈 비율을 나타냅니다.

 

Mach Number는 비행체가 음속 이상으로 이동할 때 발생하는

초음속 비행을 특징짓는 데 사용됩니다.

 

Mach Number는 다음과 같은 공식으로 표현됩니다:

Mach Number = 비행체의 속도 / 음속

 

음속은 대기나 다른 매질에서 소리가 퍼져 나가는 속도를 나타내며,

표준 대기 조건에서는 초음속이 약 343 미터/초 또는 1,225 피트 / 초로 정의됩니다.

따라서 Mach 1은 비행체가 음속과 동일한 속도로 이동하는 상태를 나타냅니다.

 

Mach Number의 주요 구분은 다음과 같습니다:

� < 1M  < 1 : 속도가 음속 미만으로,

    아직 초음속에 도달하지 않은 상태로 "서소닉"이라고 합니다.

� = 1M = 1 : 속도가 음속과 동일하여

    초음속 상태로 "초음속"이라고 합니다.

� > 1M > 1 : 속도가 음속을 초과하며, 초음속 이상의 상태로

    "초음속" 또는 "초음속 이상"이라고 합니다.

 

초음속 이상의 비행은 초음속 비행이라고도 불리며,

이는 항공기의 설계와 운영에 특별한 고려가 필요한 영역입니다.

 

Mach Number는 항공기의 안정성, 성능과 고도에 따른 기후 조건을 고려하는 데 사용되며,

고속 비행체에서 중요한 요소 중 하나입니다.