비행기는 무슨 원리로 나는 건가요?
하늘로 올라갈때 큰 화력이 필요하다지만 날고있는 동안에 불꽃도 안나가던데 어떻게 하늘을 날고있는 채로 유지가 가능한건가요?!
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 비행기가 날아가는 원리는 기본적으로 버뮤다 삼각형이라고 불리는 3가지 원리에 기반합니다.
첫 번째는 공기역학의 베르누이 원리입니다. 비행기의 날개 위쪽의 공기는 날개 아래쪽의 공기보다 속도가 빨라서 압력이 낮아집니다. 그 결과, 날개 아래쪽에는 고압이 형성되고 날개 위쪽에는 저압이 형성됩니다. 이로 인해, 비행기는 날개 위쪽으로 밀리는 양력(lift)이 발생하게 되고, 이 양력으로 인해 비행기가 공중으로 떠오를 수 있게 됩니다.
두 번째는 운동량 보존의 법칙입니다. 비행기의 엔진은 공기를 뒤로 밀어내는 힘을 발생시키는데, 이로 인해 비행기는 반대 방향으로 움직입니다. 이때 운동량 보존의 법칙에 따라 비행기가 움직이는 방향과 같은 방향으로 공기가 흐르면서 반작용력(reaction force)이 발생합니다. 이 반작용력이 비행기를 위쪽으로 밀어주는 양력과는 다른 방향으로 작용하지만, 이것이 바로 비행기가 수직 방향으로 움직이지 않고 수평 방향으로 움직이는 이유입니다.
마지막으로, 비행기는 항상 공기의 상대적인 흐름을 이용하여 움직입니다. 비행기가 날아가는 속도가 빨라질수록 비행기 주위의 공기는 밀려나기 때문에 비행기가 만나는 공기의 밀도가 줄어들게 됩니다. 따라서 비행기가 빨라질수록 날개의 양력이 작아지게 되는데, 이를 보상하기 위해서는 날개를 기울여서 공기의 상대적인 흐름을 이용해 양력을 유지해야 합니다.
이러한 원리들을 이용하여 비행기는 공중을 비행하며, 엔진의 힘으로 비행기를 앞으로 밀어내고, 날개를 기울여서 공기의 상대적인 흐름을 이용해 양력을 발생시키는 것입니다.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
베르누이의정리입니다. 양력이. 유선형인비행기의. 몸체에. 바람이불면 바람의속도가. 아래위로다라져서 비행기가터요
이 가운데 비행기를 날게 하는 가장 큰 원리는 양력이다.
비행기의 날개 단면을 살펴보면 윗면 앞부분은 완만한 언덕 모양으로 부풀어 있고 다시 뒤쪽을 향해서 느릿한 경사를 이루고 있다. 이에 따라 비행기가 빠른 속도로 나아갈 때 바람(공기의 흐름)이 날개에 닿으면 위아래로 갈라져 지나간다. 여기서 알아둘 것이 유체역학의 기본 법칙 중 하나인 베르누이의 정리다. 베르누이의 정리란 유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 것으로, 간단히 말해 단위시간당 단위면적당 지나가는 기체의 양은 일정하다는 것을 이론으로 정립한 것이다. 모든 항공기에 동일하게 적용되는 이 이론에 의하면 바람의 속도는 날개 위쪽에서 빨라지고 아래쪽에서는 느려지게 된다.
비행기가 지상에 정지해 있을 때는 자동차와 크게 다를 바가 없어 보인다. 그러나 자동차가 아무리 빨리 달린다 해도 하늘을 날 수는 없다. 그렇다면 자동차와 비행기는 어떤 차이가 있는 것일까? 자동차와 비행기의 가장 큰 차이점은 바로 날개다. 비행기가 나는 원리의 요점은 고정 날개면이 어떤 속도로 공기 속을 운동하면 운동방향에 대해 직각으로 작용하는 힘 즉, 양력이 작용해 기체가 공중에 뜨게 되는 것이다.
날개에 부딪히는 공기흐름 이용
비행기가 날 때에는 양력 뿐만 아니라 뒷쪽으로 작용하는 힘 즉, 항력이 발생한다. 바람이 불면 물체는 기압이 낮은 쪽으로 쏠리게 된다. 비행기 날개를 보면 위쪽 부분은 볼록하고 아래는 평평하다. 이것이 비행기가 날 수 있는 원리다. 날개에 공기가 부딪히면 위쪽은 볼록하므로 공기의 흐름이 빨라지고, 아래쪽은 평평하므로 공기는 평행하게 흐르게 된다.
그러므로 날개에 비행기가 뜰려고 하는 성질 즉 양력이 발생한다. 승용차를 타면, 갑자기 옆차가 빠르게 지나가면 승용차는 기우뚱거리고, 지하철 플렛폼에서 전차가 들어오면 한발 물러나 있으라고 그러는데, 이유는 전차가 들어오면서 전차 주위로 공기의 흐름이 빨라져 옆에 있는 물체를 전차 벽으로 빨아 들여 매우 위험기 때문이다.
양력과 항력 원리로 기체 비행
자동차의 경우는 양력을 없애기 위해(최소화 하기) 끊임없는 노력을 하고, 자동차가 달릴 때 자동차는 위로 양력이 발생하기 때문에 자동차가 가벼워져 핸들 조작이 가벼워지고 노면과 타이어의 마찰이 적어져 위험하다. 달릴수록 가라앉는 자동차를 만들기 위해 노력하고 조금이나마 부력도 작용하는데, 비행기의 부피가 크고 무게가 적게 나가기 때문에 배가 물위를 부력으로 떠 있는 것처럼 공기 중의 부력도 비행기를 뜨게 하는데 약간은 작용한다.
비행기가 속도를 유지하기 위해서는 속도가 얼마인지 아는 것이 중요한데, 비행때 바깥 공기는 정지해 있지만 비행기가 정지해 있는 공기 중을 날기 때문에 공기가 비행기 주위를 흐르는 것처럼 느껴진다. 그러므로 바깥 공기의 속도를 측정하면 비행기 속도가 구해진다.(베르누이 방정식을 통해 구할 수 있다) 그럼 자동차가 일정한 속도로 가는 것처럼 엔진의 분사량을 조절하면 된다.
부양 최적속도로 활주한 뒤 이륙
비행기의 경우 일정속도 유지를 컴퓨터가 알아서 해주기 때문에 걱정없다. 고도를 측정하는 데는 비행기가 전파를 땅으로 발사해 전파가 돌아오는 시간을 계산하면 비행기의 고도가 얼마인지를 알 수 있으며, 산이 있으면, 산에 대한 정보도 계산에 포함된다. 그래도 안전을 위해 이·착륙시 관제탑과 지속적인 연락을 통해 정확한 고도를 확인하고, 일정고도와 속도를 내는 것은 기내 컴퓨터가 알아서 한다.
한편, 비행기는 자신의 무게를 이기고 하늘로 떠오를 수 있는 최소한의 속도 이하에서는 비행할 수가 없으므로 최소속도 이상이 될 때까지는 지상에서 활주를 한 후 이륙하게 된다. 착륙할 때에도 마찬가지로 지상 활주가 필요하다. 비행기가 추락하지 않고 착륙하기 위해서는 비행기 무게와 같은 크기의 양력을 유지한 채 지상에 접촉해야 한다. 그러므로 비행기가 땅에 닿는 순간 속도는 최소속도 정도일 것이다. 최소속도 정도로 땅에 닿은 비행기는 속도를 줄여 정지하기 위해 지상의 활주가 꼭 필요하다.
안녕하세요. 과학전문가 Trail Blazer 입니다.
비행기를 밀어주는 힘인 추력을 만드는 엔진과
그리고 비행기를 들어서 날 수 있도록 만들어주는 힘인 양력을 만드는 날개가
공기 저항으로 생기는 항력을 이겨내며 이륙한 후에 받음각을 (비행기 날개의 앞단과 공기가 만나는 각도를) 조절해가며
양력과 항력에 적합하게 비행가능 하도록 제어해 비행기가 하늘을 날고 있는 상태로 비행자세를 유지할 수 있도록 합니다.
참고사이트 : https://science.ytn.co.kr/program/view_hotclip.php?mcd=0085&key=202209161549298513
(YTN 사이언스 - 비행기가 날 수 있는 원리)
안녕하세요. 서정원 과학전문가입니다.
비행기가 공중으로 떠올라 비행할 수 있도록 만들어주는 힘을 양력이라 하는데, 이런 양력이 발생하도록 베르누이 법칙에 의해 날개를 설계하여 만들었죠. 비행기 날개의 단면을 보면 하부는 직선이고 상부는 곡면을 이루는데, 이때 상부를 흐르는 공기는 코안다 효과에 의해 곡면을 따라 흐르게 되면서 이동거리가 증가하게 되고 이에 따라 이동 속도가 증가하게 됩니다. 이럴 경우 유체의 이동속도와 압력이 반비례하는 베르누이 법칙에 의거하여 날개 상부의 기압이 하부에 비해 상대적으로 감소하게 된죠. 유체는 압력이 높은 곳에서 낮을 곳으로 흐르려는 성질이 있으므로 공기가 날개를 위로 밀어 올려주게 되어 비행기가 부상하게 만들어주는 것입니다!
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.
비행기는 공기 저항과 공기 역학 원리를 이용하여 비행하는 것입니다.
날개는 비행기가 공중에서 날아가는 데 필요한 역학적인 효과를 만들어냅니다. 날개의 상부와 하부에는 공기의 흐름을 변화시키는 곡률이 있는데, 이 곡률은 날개의 상부와 하부에 있는 공기의 압력 차이를 만들어내어, 날개 위쪽으로 상승하는 역학적인 힘을 만들어냅니다. 이 역학적인 힘이 비행기를 공중으로 띄우는 역할을 합니다.
엔진은 비행기가 공중에서 비행하는 데 필요한 추진력을 만들어냅니다. 비행기의 엔진은 대부분 제트 엔진을 사용하며, 공기를 압축하여 연소시켜 추진력을 만들어냅니다. 이 추진력은 비행기를 공중에서 움직이게 하여 비행을 가능케 합니다.
비행기의 엔진에는 연료와 공기가 혼합되어 연소되는데, 이 연소 과정에서 나오는 가스는 뜨거우므로, 이 가스가 비행기 뒤편에서 공기와 만나면 발화하여 불꽃이 나는 것이 일반적인 현상입니다. 그러나 비행기의 엔진은 이 과정에서 연료와 공기를 정밀하게 혼합하여 연소 시키기 때문에, 연소 과정에서 불꽃이 발생하지 않습니다.
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
비행기가 날아가는 기본적인 원리는 버뮤의 법칙과 발레리의 법칙입니다.
버뮤의 법칙은 공기가 속도가 빠른 물체 위로 흐를 때 압력이 낮아지는 원리를 나타냅니다. 비행기의 날개는 위쪽이 더 길기 때문에 공기의 흐름에 의해 날개 위쪽은 압력이 낮아지고, 아래쪽은 압력이 높아집니다. 이렇게 만들어진 압력 차이로 인해 비행기는 위로 떠오르게 됩니다.
발레리의 법칙은 공기가 흐르는 방향과 같은 방향으로 힘을 받으면, 그 힘과 같은 방향으로 반작용하는 힘이 생긴다는 원리입니다. 비행기의 엔진은 공기를 뒤로 밀어 내는 힘을 만들어 냅니다. 이때, 공기는 비행기 앞쪽에서 밀려들어오기 때문에, 비행기는 그 반대 방향으로 나아가는 힘을 받게 됩니다.
안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.
비행기와 같은 항공기는 공기저항과 중력에 대응하여 고도를 유지할 수 있도록 설계되었습니다. 비행기가 발생시키는 추력은 항공기 앞쪽에 위치한 날개가 공기를 받아들이고, 그를 통해 상승하는 반력입니다. 이 반력과 공기저항, 중력 등이 상호작용하면서 비행기는 고도를 유지할 수 있습니다.
한편, 항공기에서는 속도를 조절하여 고도를 변화시킬 수 있습니다. 이때, 큰 화력이 필요한 것은 이륙과 같은 초기 단계입니다. 이륙 후에는 공기저항과 중력, 추력을 균형시키면서 비행기는 속도를 일정하게 유지할 수 있습니다. 이는 비행기의 엔진과 제어 시스템이 항상 최적화되어 운영되기 때문입니다. 따라서, 화력이 필요한 것은 초기 이륙과 같은 단계이며, 비행기가 고도를 유지하는 동안에는 엔진 출력을 일정하게 조절하여 비행을 유지합니다.
안녕하세요. 박재민 과학전문가입니다.
비행기가 날아갈 수 있는 원리는, 기본적으로 공기 역학 원리를 이용합니다.
비행기의 날개는 상부가 더 길게 구부러져 있으며, 앞쪽으로 치우쳐져 있습니다. 이러한 형태는 공기 흐름의 속도를 높이고, 날개 위 아래의 공기 압력 차이를 만들어 내는데요. 날개 밑면으로 공기가 흐르면서 위쪽으로 상승하는 힘을 발생시키고, 이것이 비행기가 비행하는 데 필요한 양력(Lift)입니다.
그리고 비행기의 엔진은 추력(Thrust)을 발생시킵니다. 이 추력은 비행기를 앞으로 밀어내어 전진시키는 힘입니다. 그러나 비행기가 비행하는 동안에는 공기 저항에 대한 역학적인 힘이 작용하기 때문에, 비행기의 속도와 고도를 일정하게 유지하기 위해서는 추가적인 힘이 필요합니다.
따라서 비행기의 방향과 고도를 유지하려면, 비행기는 조종면을 조절하여 공기 흐름을 제어해야 합니다. 비행기의 조종면은 공기를 분할하고, 공기의 흐름을 바꾸는데 이용됩니다. 예를 들면, 비행기의 날개나 꼬리 날개를 조정하여 공기 흐름을 바꾸면, 비행기의 방향과 고도를 유지할 수 있습니다.
이렇게 공기와 엔진의 힘, 그리고 조종면을 이용하여 비행기는 안전하게 비행할 수 있습니다. 비행기의 비행속도와 고도, 방향 등을 제어하는 것은 조종사의 역할이며, 비행기를 안전하게 운행하기 위해서는 매우 높은 기술과 경험이 요구됩니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
비행기가 날아가는 원리는 고정익과 동적익, 그리고 추진력을 이용하는 것입니다.
먼저, 비행기의 날개는 고정익과 동적익으로 나뉘어집니다. 고정익은 비행기의 날개 전체를 뒤에서부터 지탱하는 역할을 하며, 동적익은 날개의 중간에 위치하며 움직일 수 있습니다. 비행기의 날개가 공기를 스쳐 지나가면서 공기의 압력차를 이용하여 비행기를 위로 띄우는 역할을 합니다. 동적익은 이 압력차를 이용하여 공기의 흐름을 조절하고, 비행기를 좌우로 움직일 수 있도록 합니다.
또한, 비행기는 추진력을 이용하여 공기의 저항을 이겨내며, 공기 중을 진행합니다. 추진력은 보통 비행기의 엔진을 이용하여 발생시키며, 비행기의 속도와 방향을 조절할 수 있습니다.
또한, 비행기의 모양과 크기, 그리고 날개의 각도 등도 비행기가 날아가는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 요소들을 최적화하여 고도와 속도를 조절할 수 있습니다.
이렇게 고정익과 동적익, 추진력, 모양과 크기, 날개의 각도 등을 조합하여 비행기가 날아갈 수 있습니다.
안녕하세요. 박병윤 과학전문가입니다.
○ 비행기가 일정한 속도로 수평비행을 할 때
- 비행기를 앞으로 나아가도록 하는 엔진에 의한 추진력
- 공기의 저항 때문에 반대 방향으로 생기는 저항력
- 비행기의 무게인 중력
- 비행기를 떠있도록 하는 양력
상기 4가지의 힘이 비행기가 떠있을수 있게 평형을 유지하는 방법으로 운행됩니다.
이상입니다.
감사합니다.
