고1 천재 이재영 7과 본문
Lesson 7 Science Everywhere
The Science of Flight
본문 1
비행의 과학
무엇이 연을 날게 하는지, 또는 연과 비행기가 어떤 공통점을 갖고 있는지 궁금해한 적이 있는가?
진실은 그 둘 모두에게 비행의 과학이라는 똑같은 과학이 적용된다는 것이다.
비행의 기본 원리
비행과 관련 있는 4가지 주된 힘, 즉 양력, 중력, 추력, 항력이 있다.
양력(lift)은 비행기 날개 위로 흐르는 공기와 날개 아래로 흐르는 공기 간의 압력 차이로 만들어진다.
양력은 중력(weight)에 반대되는 힘인데, 중력은 지속적으로 비행기를 아래로 끌어당기는 힘이다.
양력의 양이 중력(weight)의 양보다 더 크면 비행기는 떠오를 것이다.
동시에, 추력(thrust)은 비행기의 엔진과 프로펠러에 의해 만들어지는데 비행기를 앞으로 밀어 준다.
그 힘의 반대는 항력(drag)인데, 이는 비행기를 뒤쪽으로 밀어 주는 공기이다.
본문 2
만약 추력이 항력보다 더 크면 비행기는 앞으로 움직일 것이다.
이 네 가지 힘이 상호 작용하면서 비행기를 날게 한다.
비행기는 이 네 가지 힘을 염두에 두고 설계된다.
엔진과 프로펠러는 비행기가 앞으로 움직일 수 있는 추력을 제공한다.
날개의 모양은 공기가 날개 아래쪽보다는 위쪽에서 더 빠르게 이동하도록 만들어진다.
‘베르누이의 원리’에 따르면, 공기 속도의 증가는 압력의 감소라는 결과를 낳는다.
그러므로 더 빠르게 이동하는 공기가 날개 위쪽에 더 낮은 압력을 만들어 주고,
날개 아래쪽의 더 높은 압력이 양력을 만들면서 비행기가 위로 떠오르도록 밀어 준다.
본문 3
간단한 실험
여러분 스스로 양력이라는 힘이 어떻게 작용하는지 알아볼 수 있다.
약 4센티미터 넓이로 종이 띠를 자른다.
띠의 한쪽 끝을 잡고 입술 가까이 댄다.
그리고 서서히 종이 위로 균등하게 바람을 불어 준다.
띠의 다른 쪽 끝이 올라가게 될 것이다.
이것은 종이 위쪽에 불어진 공기가 빠르게 움직이기 때문이다.
그래서 종이 아래쪽에 있는 정지 상태의 공기보다 압력이 더 낮아지게 된다.
더 높은 압력을 지닌 정지 상태의 공기는 압력이 더 낮은 공기가 있는 위쪽으로 종이를 민다.
본문 4
연이 나는 이유
연은 비행기와 똑같은 방식으로 난다.
연을 날게 하기 위해서는 때로는 여러분의 뒤쪽에 연을 둔 채로 뛰어야 한다.
이것은 양력을 만들어 내고 연을 위로 밀어 준다.
일단 연이 바람이 충분히 강한 하늘 위로 올라가게 되면, 여러분은 달리기를 멈출 수 있고 연은 떠 있게 될 것이다.
엔진과 프로펠러 대신에, 연줄을 당기는 장력이 연에 추력을 제공한다.
연이 날고 있는 상태를 그대로 유지하려면, 힘들이 서로 균형을 잡을 수 있도록 양력과 중력의 양이 같아야 한다.
이와 마찬가지로, 추력과 항력도 동등해야 한다.
본문 5
방패연의 독특함
가장 인기 있는 한국의 연인 방패연은 단순해 보이지만, 한국의 연 중에서 가장 날리기 어렵다.
이 직사각형 연은 전통적으로 5개의 대나무살로 만들어지며 전통 한지를 붙인다.
이 연은 항상 가로와 세로가 2:3의 비율로 만들어진다.
다른 나라의 연과 달리, 이 연은 중앙에 연의 가로 길이의 절반이 지름인 원형 구멍이 있다.
이 구멍이 하는 역할은 공기를 조절하는 것이다.
연의 정면에 있는 공기가 미는 힘은 바람의 일부가 이 구멍을 통해 뒤로 빠져 나가기 때문에 크게 감소한다.
이것은 여러분이 연을 재빠르게 돌릴 수 있게 해 준다.
구멍이 없다면, 통제하기 쉽지 않을 것이다.
게다가, 이 연은 강한 바람에 쉽게 망가지지 않는다.
연의 예를 통해 알 수 있듯이, 우리가 일상생활에서 사용하는 것들이 흔히 흥미로운 과학 원리에 따라 작용한다.
일상생활에서 작용하고 있는 이런 원리에 대해 꼭 생각해 보자.
본문 6
안정감을 증가시키는 방법: 꼬리
때때로 연에는 꼬리가 달리기도 한다.
이는 연의 하단부에 중력뿐만 아니라 항력을 더해 줌으로써 연이 좀 더 안정적으로 날 수 있게 도와준다.
그러나 꼬리의 길이는 적당해야 한다.
예를 들어, 10센티미터 정도의 짧은 꼬리를 달게 되면 연은 제자리에서 돌거나 심하게 흔들릴 것이다.
100센티미터 정도의 긴 꼬리는 연이 잘 날게 도와주어, 많이 흔들리지 않고 높이 올라갈 수 있게 해 줄 것이다.
우리 선조들은 이 모든 것을 알았고, 꼬리를 적당한 길이로 만들었다.