발사체

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1. 개요
2. 운동
3. 투사체의 종류
- 3.1. 개인 휴대용 투사체
- 3.2. 대형 투사체
4. 기타
참조

1. 개요

발사체는 추진력을 통해 공간을 이동하는 물체로, 운동, 추진력, 스포츠에서의 사용, 무기로서의 활용 등 다양한 측면에서 연구된다. 운동 시 수직 및 수평 성분을 가지며, 최대 높이 도달 시간, 비행 시간, 최대 높이, 사거리 등을 계산할 수 있다. 추진력은 압축 기체, 팽창 가스, 전자기장, 로켓 또는 제트 엔진 등을 통해 발생하며, 무기로서 폭발성 탄약, 파편, 유선 유도 미사일 등 다양한 형태로 사용된다. 스포츠에서는 야구공, 아이스하키 퍽 등이 발사체로 활용되며, 개인 휴대용 무기, 투석기, 대포, 미사일, 수류탄 등 다양한 종류가 존재한다.

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발사체
정의
정의	공기를 통해 추진되는 물체
예시
예시	던져진 돌 발사된 총알 쏜 화살 던진 창
물리학
운동	포물선 운동의 경로를 따름 (중력과 공기 저항의 영향을 받음)
군사
군사용 발사체	포탄 미사일 로켓
투사 무기
정의	먼 거리에 있는 목표물을 손으로 직접 접촉하지 않고 공격하기 위해 설계된 무기
예시	활과 화살 투창기 돌팔매 투척용 도끼 수리검 다트 볼라스
같이 보기
같이 보기	탄도학 투사체 무기 목록

2. 운동

수평선과 각도를 이루며 발사된 물체는 속도의 수직 및 수평 성분을 모두 갖는다. y축에서의 속도의 수직 성분은 $V_y=U\sin\theta$ 로 주어지고, 속도의 수평 성분은 $V_x=U\cos\theta$ 로 주어진다. 특정 각도 $\theta$ 에서 발사체에 대해 다음과 같이 계산할 수 있다.

최대 높이에 도달하는 시간 ( $t$ ): 발사체가 발사면에서 최대 높이에 도달하는 데 걸리는 시간이다. $t=U \sin\theta/g$ 로 주어지며, 여기서 $g$ 는 중력 가속도 (약 9.81 m/s²), $U$ 는 초기 속도 (m/s), $\theta$ 는 발사체가 수평축과 이루는 각도이다.
비행 시간 ( $T$ ): 발사체가 발사된 동일 평면으로 다시 떨어지는 데 걸리는 총 시간이다. $T=2U\sin\theta/g$ 로 주어진다.
최대 높이 ( $H$ ): 발사체가 도달하는 최대 높이 또는 발사체가 이동하는 수직축(y축)에서의 최대 변위이다. $H = U^2 \sin^2\theta/2g$ 로 주어진다.
사거리 ( $R$ ): 발사체의 사거리는 발사체가 덮는 수평 거리(x축)이다. $R = U^2 \sin 2\theta/g$ 로 주어지며, $\theta$ = 45°일 때 최대이다.

투사체는 발사한 측(사수)의 손을 떠나거나 발사 장치에서 튀어나온 순간부터 공기 저항 등에 의해 운동 에너지를 빼앗겨 감속되고, 중력 등에 의해 탄도를 그리므로, 거리가 멀어질수록 명중시키기 어렵다.^[2]

일반적인 투사체의 속도는 종류에 따라 매우 다양하다.

발사체	속도				비운동 에너지 (J/kg)
발사체	(m/s)	(km/h)	(ft/s)	(mph)	비운동 에너지 (J/kg)
1 m 낙하 물체 (진공 상태, 지구 표면)	4.43	15.948	14.5	9.9	9.8
10 m 낙하 물체 (진공 상태, 지구 표면)	14	50.4	46	31	98
던진 클럽 (전문 투척자)	40	144	130	90	800
100 m 낙하 물체 (진공 상태, 지구 표면)	45	162	150	100	980
개량된 (유연한) 아틀라틀 다트 (전문 투척자)	45	162	150	100	1,000
아이스 하키 퍽 (슬랩 샷, 프로 선수)	50	180	165	110	1,300
80파운드 드로우 권총 석궁 볼트	58	208.8	190	130	1,700
전쟁 화살 (150 lbs 중세 전쟁 활에서 발사)	63	228.2	208	141	2,000
40mm 유탄 발사기에서 발사된 둔기 충격 발사체	87	313.2	285	194.6	3,785
마커에서 발사된 페인트볼	91	327.6	300	204	4,100
175-lb-draw 석궁 볼트	97	349.2	320	217	4,700
6 mm 에어소프트 비비탄	100	360	328	224	5,000
공기총 BB 4.5 mm	150	540	492	336	11,000
공기총 펠릿 .177" (매그넘 파워 공기총)	305	878.4	1,000	545	29,800
9×19mm (권총 탄환)	340	1224	1,116	761	58,000
12.7×99 mm (중형 기관총 탄환)	800	2,880	2,625	1,790	320,000
독일 티거 I 88 mm (전차 포탄 - Pzgr. 39 APCBCHE)	810	2,899	2,657	1,812	328,050
5.56×45mm (많은 현대식 소총에 사용되는 표준 탄약)	920	3,312	3,018	2,058	470,000
20×102mm (전투기 기관포에 사용되는 표준 미국 포탄)	1,039	3,741	3,410	2,325	540,000
25×140mm (APFSDS, 전차 관통자)	1,700	6,120	5,577	3,803	1,400,000
2 kg 텅스텐 슬러그 (실험적 레일건)	3,000	10,800	9,843	6,711	4,500,000
MRBM 재진입체	최대 4,000	최대 14,000	최대 13,000	최대 9,000	최대 8,000,000
경가스총 발사체	최대 7,000	최대 25,000	최대 23,000	최대 16,000	최대 24,000,000
저궤도 위성	8,000	29,000	26,000	19,000	32,000,000
외기권 킬 비히클	~10,000	~36,000	~33,000	~22,000	~50,000,000
저궤도에 있는 발사체 (예: 우주 파편) 및 목표물	0–16,000	~58,000	~53,000	~36,000	~130,000,000
7 T eV 입자 (LHC)^[6]	299,792,455^[7]	1,079,252,839	983571079	670,616,536	~6.7 × 10²⁰^[8]

2. 1. 추진력

블로우건과 공기총은 압축된 기체를 사용하며, 대부분의 다른 총과 대포는 무연 화약과 같은 추진제에 의한 갑작스러운 화학 반응으로 방출되는 팽창 가스를 사용한다. 경가스포는 이러한 메커니즘을 조합하여 사용한다.

레일건은 장치 전체 길이를 따라 일정한 가속도를 제공하기 위해 전자기장을 사용하며, 이를 통해 총구 속도가 크게 증가한다.

일부 발사체는 로켓 엔진 또는 제트 엔진을 사용하여 비행 중 추진력을 제공한다. 군사용어에서 로켓은 유도되지 않지만 미사일은 유도 미사일이다. "로켓"의 두 가지 의미(무기 및 엔진)에 유의해야 한다. 대륙간 탄도 미사일(ICBM)은 로켓 엔진이 장착된 유도 미사일이다.

폭발은 파편이 여러 개의 고속 발사체로 작용하게 한다. 폭발성 무기 또는 장치는 케이싱의 파손으로 인해 많은 고속 발사체를 생성하도록 설계될 수도 있으며, 이를 ''파편''이라고 한다.

2. 2. 스포츠에서의 투사체

발사체 운동에서 '발사체'에 적용되는 가장 중요한 힘은 추진력이며, 이 경우 추진력은 공을 움직이게 하기 위해 작용하는 근육이다. 적용되는 힘이 강할수록 더 많은 추진력이 발생하여 발사체(공)가 더 멀리 이동하게 된다. 투구, 볼링을 참조하라. 야구에서 105mph의 공 속도가 기록되었다.^[5]

2. 3. 무기로서의 투사체

많은 포탄과 같은 발사체는 폭발성 탄약이나 다른 화학 물질 또는 생물학적 물질을 탑재할 수 있다. 폭발성 탄약 외에도 발사체는 화재(참조: 초기 열 무기)나 독성(참조: 화살 독)과 같은 특수한 피해를 입히도록 설계될 수 있다.^[1] 투사체는 손에 든 무기가 끝부분(칼날 등)이 닿는 제한된 범위에만 피해를 주는 것과 달리, 일부 또는 전체가 비행하여 표적에 충돌함으로써 피해를 준다.^[2]

투사체는 발사한 측(사수)의 손을 떠나거나 발사 장치에서 튀어나온 순간부터 공기 저항 등에 의해 그 운동 에너지를 빼앗겨 감속될 뿐만 아니라, 중력 등 다른 힘이 작용하는 장소에서는 탄도를 그리므로, 거리가 멀어질수록 명중시키기는 어려워진다.^[2] 이 때문에 명중시키기 위해서는 "어떻게 날아가서 맞는지"를 예측하고 가감할 필요가 있다. 투사체는 능숙하게 다루기 위해서는 그러한 도구에 맞는 특별한 연습을 필요로 한다.^[2]

일본에서는 창을 투척하는 방식이 그다지 발달하지 않았기 때문에, 창을 가리켜 투사체라고 부르는 경우는 적지만, 세계적으로 보면 필룸처럼 투척을 목적으로 한 것도 있으며, 이러한 무기는 날아간 뒤에 상대방에게 회수되어 던져지는, 즉 "굳이 상대에게 무기를 주고 있는" 것이 되어버리는 위험성이 있다.^[2] 이 때문에 앞서 언급한 필룸처럼 던져지는 것을 예방하기 위해, 빗나가 지면에 박혔을 때는 부서지도록 개량된 것도 보인다.^[2]

화기의 발달은 비약적으로 투사체의 취급 용이성을 향상시키는 데 일조하고 있으며, 전장총 시대에는 신뢰성이 낮았기 때문에 다른 던지는 무기와 병용하여 사용되었지만, 자동 화기의 발달 이후에는 입수의 어려움이나 정비성의 문제를 제외하면, 전쟁에서 이용되는 병기에 있어서는 화기가 주류가 되고 있다.^[2]

2. 4. 유선 투사체

일부 발사체는 발사 후 케이블로 발사 장비에 연결된 상태로 유지된다.

유선 유도 미사일은 케이블을 통해 유도되며, 사거리는 최대 4000m이다.
테이저는 전기 충격을 가하기 위해 두 개의 발사체를 케이블로 연결하여 동시에 발사하며, 사거리는 최대 10.6m이다.
포경선의 작살처럼 발사체를 대상 쪽으로 끌어당기거나, 갈고리처럼 발사기를 대상 쪽으로 끌어당기는 등 대상과 연결하여 예인하는 데 사용된다.

2. 5. 일반적인 투사체 속도

투사체의 속도는 종류에 따라 매우 다양하다. 던진 클럽, 화살, 총알, 포탄, 미사일 등은 각기 다른 속도를 가진다.

발사체	속도				비운동 에너지 (J/kg)
발사체	(m/s)	(km/h)	(ft/s)	(mph)	비운동 에너지 (J/kg)
1 m 낙하 물체 (진공 상태, 지구 표면)	4.43	15.948	14.5	9.9	9.8
10 m 낙하 물체 (진공 상태, 지구 표면)	14	50.4	46	31	98
던진 클럽 (전문 투척자)	40	144	130	90	800
100 m 낙하 물체 (진공 상태, 지구 표면)	45	162	150	100	980
개량된 (유연한) 아틀라틀 다트 (전문 투척자)	45	162	150	100	1,000
아이스 하키 퍽 (슬랩 샷, 프로 선수)	50	180	165	110	1,300
80파운드 드로우 권총 석궁 볼트	58	208.8	190	130	1,700
전쟁 화살 (150 lbs 중세 전쟁 활에서 발사)	63	228.2	208	141	2,000
40mm 유탄 발사기에서 발사된 둔기 충격 발사체	87	313.2	285	194.6	3,785
마커에서 발사된 페인트볼	91	327.6	300	204	4,100
175-lb-draw 석궁 볼트	97	349.2	320	217	4,700
6 mm 에어소프트 비비탄	100	360	328	224	5,000
공기총 BB 4.5 mm	150	540	492	336	11,000
공기총 펠릿 .177" (매그넘 파워 공기총)	305	878.4	1,000	545	29,800
9×19mm (권총 탄환)	340	1224	1,116	761	58,000
12.7×99 mm (중형 기관총 탄환)	800	2,880	2,625	1,790	320,000
독일 티거 I 88 mm (전차 포탄 - Pzgr. 39 APCBCHE)	810	2,899	2,657	1,812	328,050
5.56×45mm (많은 현대식 소총에 사용되는 표준 탄약)	920	3,312	3,018	2,058	470,000
20×102mm (전투기 기관포에 사용되는 표준 미국 포탄)	1,039	3,741	3,410	2,325	540,000
25×140mm (APFSDS, 전차 관통자)	1,700	6,120	5,577	3,803	1,400,000
2 kg 텅스텐 슬러그 (실험적 레일건)	3,000	10,800	9,843	6,711	4,500,000
MRBM 재진입체	최대 4,000	최대 14,000	최대 13,000	최대 9,000	최대 8,000,000
경가스총 발사체	최대 7,000	최대 25,000	최대 23,000	최대 16,000	최대 24,000,000
저궤도 위성	8,000	29,000	26,000	19,000	32,000,000
외기권 킬 비히클	~10,000	~36,000	~33,000	~22,000	~50,000,000
저궤도에 있는 발사체 (예: 우주 파편) 및 목표물	0–16,000	~58,000	~53,000	~36,000	~130,000,000
7 T eV 입자 (LHC)^[6]	299,792,455^[7]	1,079,252,839	983571079	670,616,536	~6.7 × 10²⁰^[8]

3. 투사체의 종류

투사체는 손에 든 무기가 닿는 제한된 범위에만 피해를 주는 것과 달리, 일부 또는 전체가 비행하여 표적에 충돌함으로써 피해를 준다.

투사체는 발사된 순간부터 공기 저항 등에 의해 운동 에너지를 빼앗겨 감속되고, 중력 등의 영향으로 탄도를 그리며 날아가기 때문에 거리가 멀수록 명중시키기 어렵다. 따라서 투사체를 능숙하게 다루려면 "어떻게 날아가서 맞는지"를 예측하고 가감하는 특별한 연습이 필요하다.

일본에서는 창을 투척하는 방식이 발달하지 않아 창을 투사체라고 부르는 경우는 적지만, 세계적으로는 필룸처럼 투척을 목적으로 한 무기도 있다. 이러한 무기는 상대방에게 회수되어 다시 던져질 위험이 있어, 필룸처럼 빗나가 지면에 박혔을 때 부러지도록 개량되기도 했다.

화기의 발달은 투사체의 취급 용이성을 향상시켰다. 전장총 시대에는 신뢰성이 낮아 다른 던지는 무기와 병용되었지만, 자동 화기의 발달 이후 전쟁에서 사용되는 병기는 화기가 주류가 되고 있다.

3. 1. 개인 휴대용 투사체

개인이 휴대 가능한 투사체는 다음과 같다.^[1]

활 / 쇠뇌
화승총
총
던지기 나이프나 수리검

3. 2. 대형 투사체

4. 기타

격투 게임에서는 멀리 떨어진 곳을 공격하는 기술을 '비장의 무기'라고 부르기도 한다. (예: 스트리트 파이터 시리즈의 파동권, 소닉 붐) 장기에서는 원거리 공격이 가능한 말(비차, 각행)을 '비장의 무기'라고 부르기도 한다.^[1]

참조

_[1] 서적 Senior Secondary School Physics Macmillan,Lagos, Nigeria
_[2] 웹사이트 projectile http://www.merriam-w[...] 2017-04-13
_[3] 웹사이트 projectile http://www.thefreedi[...] 2010-05-19
_[4] 웹사이트 projectile http://dictionary.re[...] 2010-05-19
_[5] 뉴스 Aroldis Chapman hits 105 mph http://www.boston.co[...] Boston.com 2010-08-26
_[6] 웹사이트 Facts and figures http://public-archiv[...] CERN 2008-07-02
_[7] 문서 Approximate equivalent of 99,9999991% c.
_[8] 문서 In relation to the rest mass of proton.
_[9] 뉴스 Aroldis Chapman hits 105 mph http://www.boston.co[...] Boston.com 2010-08-26
_[10] 웹인용 Definition of PROJECTILE http://www.merriam-w[...] 2017-04-13
_[11] 웹인용 The free Dictionary http://www.thefreedi[...] 2010-05-19
_[12] 웹인용 Dictionary.com http://dictionary.re[...] 2010-05-19

발사체