비행기는 왜 뜰까
보자:
조금 기운 날개는 제자리에 있고 공기가 불어온다. 함께 출발한 공기에 칠한 흰 표시선은 위로 간 쪽이 먼저 뒤 끝에 닿고, 아래로 간 쪽은 끝내 못 따라잡는다. 가는 흐름선은 공기가 가는 방향이고, 앞에서 오르다가 뒤 끝을 지나며 조금 아래로 기운다. 위아래가 같은 날개라 ‘0도’면 표시선이 함께 닿고 공기도 안 꺾이고 날개도 안 뜬다.
이유:
기운 날개는 지나가는 공기를 아래로 꺾고, 공기를 아래로 민 만큼 날개는 위로 밀린다. 같은 힘을 날개 겉면에서 보면, 공기가 면을 미는 힘(압력)이 위에서는 약하고 아래에서는 세다.
실제로는
위아래로 갈라진 공기는 뒤 끝에서 다시 만날 까닭이 없고, 실제로도 만나지 않는다. 위쪽 공기가 빨라지는 것은 맞지만, 같은 시간에 닿는다고 셈한 것보다 훨씬 빨라서 먼저 닿는다. 얼마나 빨라질지는 위아래 길이가 아니라 날개가 공기를 꺾는 흐름 전체가 정한다. 실험의 날개는 위아래 모양이 같은데도 기울이면 뜬다. 실제 날개는 대개 조금 휘어 있어서, 기울이지 않아도 공기를 아래로 꺾는다.
압력 차로 하는 설명과 아래로 꺾인 공기로 하는 설명은 흔히 베르누이와 뉴턴의 이름으로 맞세워지지만, 같은 힘을 두 쪽에서 본 것이다.
이 실험은 얇은 한 겹의 공기만 계산하므로, 날개가 옆으로 끝없이 길다고 본 것과 같다. 실제 날개보다 훨씬 작고 느려서, 날개 겉에 달라붙어 느려지는 공기(끈적임)의 몫도 크다. 실제 날개도 너무 많이 기울이면(보통 날개는 15도 안팎, 이 실험처럼 얇은 날개는 10도 안팎) 공기가 윗면을 따라 흐르지 못하고 떨어져 나가, 뜨는 힘이 갑자기 준다. 이것을 실속이라 한다. 실험에서 ‘16도’를 고르면 공기가 윗면에서 떨어져 나가 소용돌이를 흘리는 모습이 보인다.
일에서 보면
선풍기와 환풍기의 날개, 드론 프로펠러, 풍력 발전기의 날개도 공기를 한쪽으로 꺾고 그 반대쪽으로 힘을 받는다. 경주용 차의 뒷날개는 거꾸로 달려 공기를 위로 꺾고, 그만큼 차를 바닥에 누른다.
원인
- 압력
- 계속 가려는 성질