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비행기는 어떻게 하늘을 날까?
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  • 비행기에 작용하는 힘

    비행 중인 비행기에는 4개의 힘이 작용한다. 지구가 비행기를 아래 방향으로 당기는 힘인 중력, 비행기를 위로 밀어주는 양력, 비행기의 엔진이 비행기를 앞으로 밀어주는 추력, 비행기의 나아가려는 방향과 반대로 작용하는 저항력인 항력이 바로 그 4개의 힘이다.

    이때 추력과 양력이 만들어지는 과정을 작용반작용의 원리로 설명할 수 있다. 우선 제트엔진에서 나온 배기가스가 공기를 미는 작용이 일어나면 공기가 다시 배기가스를 미는 반작용이 일어난다. 이로 인해 비행기가 앞으로 나아가려는 힘인 추력이 만들어진다. 또한, 추력에 의해 비행기가 앞으로 나아가게 되면 앞쪽을 향해 약간 들려 있는 비행기 날개는 공기를 미는 작용을 하고 공기는 비행기의 날개를 미는 반작용을 하게 된다. 이로 인해 비행기가 위로 떠오르는 힘인 양력의 일부가 만들어진다.

    또한 비행기에서는 베르누이의 원리에 의한 작용들도 있다. 스위스의 과학자인 다니엘 베르누이(Daniel Bernoulli, 1700 ~ 1782)는 유체가 연속적으로 흐를 때 좁은 곳을 지나면 유속이 증가한다는 사실을 발견하였다. 흐르는 물이 좁은 곳을 흐를 때는 빨라지고, 넓은 곳은 흐를 때는 느려지는 것을 보면 우리도 이 사실을 확인할 수 있다. 또한 베르누이는 “유체의 속력이 증가하면 압력은 감소한다.”라는 베르누이의 정리를 발표하였는데 이것은 에너지 보존을 유체에 적용한 것이라고 말할 수 있다. 비행기의 제트엔진에서도 공기가 지나가는 통로의 면적을 변화시켜 배기가스의 속력이 빠르게 변하도록 설계되어 있으며, 비행기 날개에서도 아랫부분으로 들어오는 공기가 날개에 부딪히며 속력이 느려지므로 날개 위쪽의 공기와 속력이 달라지면서 베르누이 원리에 의해 압력차이가 생기고 이것으로 인해 양력의 일부가 만들어진다. 비행기의 날개는 이륙할 때, 비행하는 동안, 착륙할 때 각각 상황에 맞추어 모양이 달라지므로 비행기 날개 옆자리에 앉아 이를 관찰해 보는 것도 재미있는 경험이 될 수 있다.

    ‘서울시립과학관’에서 베르누이의 원리를 살펴볼 수 있는 체험물은 ‘B06 비행기는 하늘을 어떻게 날까?’뿐만 아니라 G전시실의 ‘G11 빌딩 사이에서 바람이 어떻게 불까?’, R전시실의 ‘R05 공기의 흐름 변화를 알아볼까?’가 있다. 다른 전시실에 있는 체험물을 체험하면서, 베르누이의 원리에 대해 더 자세히 알아보자.

     
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