(이전에 한 「10G」 실험.) 지금껏 중력의 세기를 지구의 10배 (=10G) 등으로 실험해왔지만,
(1G = 지구와 같은 중력) 실제로 사람은 어느 정도의 중력에 버틸 수 있을까?
(중력 강함)
(중력 무진장 강함)
(← 추와 스프링.) (중력의 세기를 알 수 있다.)
우선 「뼈의 강도」를 알아보자.
모든 체중을 한쪽 다리로만 지지할 때를 생각한다.
(50kg 기준, 뼈 단면적 = 2.7cm^2, 압축강도 = 170MPa.) 정강뼈는 단면적 1cm^2로 1730kg 까지 버텨낼 수 있기 때문에...
중력이 10배가 되더라도 뼈가 꺾이거나 하진 않습니다.
50kg인 사람이 체중을 측정했을 때, 4680kg이 나올 정도로 중력이 강해진다면...
(즉, 94G가 된다면) 자기 몸무게로 인해 정강이가 부러집니다.
여기까지는 그냥 얌전히 서 있을 경우의 이야기.
하지만 달리더라도, 뼈에 걸리는 응력은 해봐야 2배가 되는 정도.
넘어지거나 하지 않는 한, 골절 이전에 근력의 약함이 문제가 됩니다.
앉은 상태에서 일어날 때를 생각해보자.
이 때 무릎 관절을 지지점으로 하여 대퇴사두근을 이용해 몸을 들어 올린다. (허벅지에서 무릎을 펴는 근육)
(r1 = 무릎에서 힘이 걸리는 장소까지의 거리, F = 대퇴사두근의 힘) 그 때의 토크의 크기, 「r1 x F」 (x 다리 2개분)은,
(r2 = 관절에서 중심까지의 거리, Mg = 질량 x 중력가속도.) 중력이 몸을 당기는 토크 「r2 x Mg」보다 크지 않으면 설 수 없다.
평균적인 수치를 넣어보면, 중력은 1.1G보다 작을 필요가 있다.
즉, ‘근력만으로 일어서는 것’은, 지구의 중력이 거의 한계.
힘 F는 근육의 단면적에 비례하기 때문에, 만약 10G일 때 일어서려고 한다면...
단면적은 9배 이상으로 하지 않으면 안 됩니다.
실제로는 그렇게까지 단련할 수 없고, 정상급 운동선수라도 스쿼트에서 일반인의 4배 무게 정도밖에 들어올릴 수 없다.
또한, 앞으로 숙이는 것을 고려하여, 버틸 수 있는 중력을 「20% 증가」라고 한다면,
현실적으로는 단련된 사람이 일어설 수 있는 한계는 5.3G가 된다.
다음은 「걸어다닐 때의 중력 한계.」
(속도 v로 걷는 사람, 다리 길이 L) 보행을 이런 모델로 생각하자.
발을 지지점으로 뒤집어진 진자가 나아가는 이미지.
중심은 위아래로 움직이며 운동에너지와 위치에너지를 교환해가며 효율적으로 나아간다.
(위치 에너지가 클 때 →) (운동 에너지가 클 때 ↑)
여기서, 괴력의 아이슬란드인의 세계기록을 참조. 그는 649kg의 통나무를 짊어지고 5걸음 걸을 수 있다.
이 괴력남을 인간의 한계라고 하고 보행 모델로 계산.
(괴력남의 1걸음당 에너지, v는 보행속도, L은 다리 길이.) 통나무가 없을 때 어느 정도 중력이 한계인지 알 수 있다.
(느리게 걸어갈 때, (v << 1) 아래처럼 근사 가능.) 중력을 강하게 늘려가면... 4.6G에서 걸을 수 없게 된다.
참고: 역도 62kg급에서의 세계기록으로 계산하면 4.0G가 한계치가 됐습니다.
(이번에 알게 된 인류의 한계.) 94G = 멋대로 골절, 5.3G = 못 일어남, 4.6G = 못 걸음.
그 외에 전투기 파일럿도 경험하는 5G를 넘으면, 머리로 혈액을 충분히 보낼수가 없어 기절한다...고도 알려져 있다.
「5G 이하라면 어떻게든 된다」고 한다면, (2018년 기준), 중력가속도가 알려진 외계 행성 594개 가운데...
469개의 행성에서 인간의 뼈와 근력은 통용될 것 같습니다. (하지만, 도착하면 골절되는 행성도 있다.)
단련해도 사람은 중력 5배 정도밖에 견뎌낼 수 없습니다만, 앞으로도 중력 10배인 별은, 아마 나올 거 같습니다.