학문
비행기는 무거운데 어떻게 하늘을 날 수 있는 것인가요?
비행기는 수십 톤이 넘는 무게를 가지고 있음에도 불구하고 하늘을 날 수 있습니다. 날개 모양이나 엔진이 어떤 역할을 하는지, 비행의 원리가 무엇인지 자세히 알고 싶습니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
비행기는 엔진이 강력한 앞으로 나아가는 힘을 만들어 내면 공기가 특수하게 설계된 날개 위아래를 통과하면서 위로 떠받치는 힘인 양력을 발생시켜 수십 톤의 무게를 이겨내고 하늘을 나는 것입니다 특히 날개 단면은 윗면은 둥글고 아랫면은 평평한 에어포일 구조로 되어 있어 비행기가 달릴 때 날개 밑을 지나가는 공기가 날개를 위로 밀어 올리는 강한 압력을 형성하게 됩니다 즉 엔진의 전진 능력과 날개의 공기역학적 구조가 결합하여 중력과 공기 저항을 모두 극복하고 거대한 기체가 공중에서 지속해서 떠 있을 수 있는 것입니다
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
비행기가 무거워도 날 수 있는 이유는 날개가 공기를 이용해 위로 드는 힘인 양력을 만들기 때문입니다.
비행기라는 것이 앞으로 빠르게 움직이게 되면 날개 위아래로 공기가 흐르게 됩니다. 이때 압력 차이와 공기를 아래로 밀어내는 힘이 함께 생기게 돼요. 이 결과 때문에 날개에는 위쪽으로 들어 올리는 힘이 발생하고, 이 힘이 비행기 무게보다 커지면 이륙할 수 있게 되는 겁니다.
엔진은 비행기를 직접 위로 띄우는 역할보다는 앞으로 빠르게 나아가게 해서 날개가 계속 양력을 만들 수 있게 해주는 역할이 더 크다고 보시면 되겠습니다.
결국에는 비행기가 가벼워서 뜨는게 아니고, 빠른 속도와 날개 구조 때문에 무게를 이길 만큼의 양력을 만들어서 날아가는 것이다고 이해하시면 되겠습니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
수십 톤짜리 쇳덩어리가 하늘에 뜬다는 게 신기하게 느껴지는 게 당연해요. 비행의 핵심은 날개가 만들어내는 양력이라는 위로 뜨는 힘인데, 이게 어떻게 생기는지 풀어볼게요.
비행기가 날려면 무게를 이겨낼 만큼 위로 받쳐주는 힘이 필요해요. 그 힘을 날개가 만들어내요. 날개를 옆에서 자른 단면을 보면 윗면은 볼록하게 휘어 있고 아랫면은 상대적으로 평평해요. 비행기가 앞으로 빠르게 나아가면 공기가 날개를 타고 흐르는데, 윗면은 볼록해서 공기가 더 먼 거리를 돌아가야 하니 빠르게 흐르고, 아랫면은 상대적으로 천천히 흘러요. 그런데 공기는 빠르게 흐를수록 압력이 낮아지는 성질이 있거든요. 그래서 날개 위쪽은 압력이 낮아지고 아래쪽은 압력이 높아져요. 압력이 높은 아래에서 낮은 위로 날개를 밀어 올리는 힘이 생기는데, 이게 바로 양력이에요.
여기에 더해 날개가 공기를 아래로 쳐내는 효과도 양력에 한몫해요. 날개가 살짝 기울어진 채로 공기를 가르면 지나가는 공기를 아래쪽으로 밀어내거든요. 공기를 아래로 밀면 그 반작용으로 날개가 위로 밀려 올라가요. 손을 차창 밖으로 내밀고 비스듬히 기울이면 손이 위로 들리는 느낌을 받는데, 그게 같은 원리예요. 이 두 효과가 합쳐져서 무거운 비행기를 들어 올리는 거랍니다.
그런데 양력은 공기가 날개 위로 빠르게 흘러야 생기니까, 비행기가 충분히 빠른 속도로 앞으로 나아가는 게 전제예요. 바로 이 속도를 만들어주는 게 엔진이에요. 제트엔진은 앞에서 빨아들인 공기를 압축하고 연료와 함께 태워서 뒤로 강하게 내뿜어요. 가스를 뒤로 내뿜으면 그 반작용으로 비행기가 앞으로 밀려 나가는데, 이 앞으로 가는 힘을 추력이라고 해요. 엔진이 추력으로 비행기를 빠르게 전진시키면, 그 속도 덕분에 날개에서 양력이 생기는 흐름이에요. 그러니까 엔진은 직접 비행기를 들어 올리는 게 아니라 날개가 양력을 만들 수 있도록 속도를 만들어주는 역할인 거예요.
비행기에는 네 가지 힘이 동시에 작용해요. 아래로 당기는 중력, 위로 뜨는 양력, 앞으로 미는 추력, 그리고 공기 저항으로 뒤로 잡아당기는 항력이에요. 양력이 중력보다 크면 비행기가 올라가고, 추력이 항력보다 크면 속도가 붙어요. 이 네 힘의 균형을 조절하면서 뜨고 내리고 속도를 맞추는 게 비행이에요.
정리하면 엔진이 비행기를 빠르게 밀어주고, 그 속도로 날개가 양력을 만들어 무게를 이겨내는 게 비행의 원리예요. 무거워서 못 날 것 같지만, 충분한 속도와 잘 설계된 날개만 있으면 그 무게를 거뜬히 들어 올릴 만큼 강한 힘이 만들어지는 거랍니다 :)