자동차도 빨리 달리면 날아 오를 수 있을 까요?

Question

비행기가 하늘로 뜨는 이유는 양력때문이라고 알고 있습니다만 , 그러면 날개의 모양이나 자동차의 모양이나 양력이 작동하는 모양은 비슷할껀데 그럼 자동차도 빨리 달리면 양력에 의해서 떠야하는거 아닌가요?

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안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

자동차도 빨리 달리면 실제로 양력이 생기긴 해요. 다만 비행기처럼 떠오르지 못하는 데는 결정적인 이유가 있어요. 바로 자동차는 떠오르도록 설계된 게 아니라 오히려 떠오르지 않도록 설계됐다는 거예요.

먼저 양력이 생기는 원리를 보면, 비행기 날개는 윗면이 볼록하고 아랫면이 평평해요. 공기가 날개를 지날 때 윗면은 더 먼 거리를 빠르게 흐르고 아랫면은 천천히 흐르는데, 빠른 쪽은 압력이 낮아지고 느린 쪽은 압력이 높아져요. 그러면 압력이 높은 아래에서 낮은 위로 밀어 올리는 힘, 즉 양력이 생기는 거예요. 비행기 날개는 이 양력이 최대한 크게 나도록 모양을 정교하게 다듬은 거예요.

그런데 자동차도 옆에서 보면 지붕이 볼록하잖아요. 그래서 빠르게 달리면 약하게나마 양력이 생겨요. 차가 살짝 가벼워지는 효과가 실제로 나타나거든요. 문제는 이 양력이 자동차에는 위험하다는 거예요. 차가 떠오르려 하면 타이어가 도로를 누르는 힘이 약해지는데, 그러면 접지력이 떨어져서 핸들을 돌려도 잘 안 돌고 브레이크도 잘 안 들어요. 고속으로 달리던 차가 살짝 뜨는 느낌과 함께 미끄러지면 대형 사고로 이어지죠.

그래서 자동차는 비행기와 정반대로 설계해요. 떠오르지 않게, 오히려 땅으로 눌리게 만드는 거예요. 특히 빠르게 달리는 경주용 자동차를 보면 뒤쪽에 날개처럼 생긴 부품이 달려 있는데, 이걸 스포일러나 윙이라고 해요. 이건 비행기 날개를 거꾸로 뒤집어 놓은 모양이에요. 비행기 날개가 위로 뜨는 힘을 만든다면, 자동차의 이 날개는 아래로 누르는 힘을 만들어요. 이걸 다운포스라고 불러요. 빠를수록 차를 땅에 더 강하게 눌러줘서 타이어가 도로를 꽉 붙잡게 하는 거예요.

게다가 자동차는 비행기처럼 가볍지도 않고 날개 면적도 비교가 안 되게 작아요. 비행기는 거대한 날개로 어마어마한 양력을 만들어 수십 톤을 들어 올리지만, 자동차의 볼록한 지붕이 만드는 양력은 무거운 차체를 띄우기엔 턱없이 부족해요. 설사 양력을 키우려 해도 차가 떠버리면 조종이 불가능해지니까 일부러 안 키우는 거죠.

정리하면 자동차도 빨리 달리면 양력이 생기는 건 맞지만, 차체가 무겁고 날개가 작아서 떠오를 만큼 크지 않고, 무엇보다 안전을 위해 일부러 떠오르지 않고 땅에 눌리도록 설계해요. 비행기는 뜨기 위해, 자동차는 안 뜨기 위해 같은 양력 원리를 정반대로 이용하는 셈이랍니다. 같은 원리를 두고 한쪽은 키우고 한쪽은 억누른다는 게 참 흥미로운 지점이에요 :)