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