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비행기가 뜨는 양력 이론 쉽게 이해 하기.
게시물ID : science_68839짧은주소 복사하기
작성자 : 나비의아이
추천 : 3
조회수 : 2885회
댓글수 : 11개
등록시간 : 2024/08/14 06:50:14

http://todayhumor.com/?science_68825

에서 참조한 보다 영상이

삼프로나, 안될 과학보다 최신 인데도 

비 전문? 분야라 잘 못 된 정보를 전달하고 있내요.

 

안될 과학에 나와서 설명한 분도 이론 설명 이미지를 생략 버전으로 설명해서 어려울 수 있으나, 

쉽게 설명하는 이미지는 인터넷에 널려 있습니다.


  

이미지를 설명하면,
(오른쪽에서 왼쪽으로 보시는게 이해가 더 빠릅니다.)

A + B = C

실제 유동은 C 이고 이게 A, B 의 유동 2개로 분리됩니다.

그럼 축구공 회전 처럼,  회전하는 유동(B)을 포함하게 되니, 축구공이 힘을 받아 휘는 것 처럼 양력이 발생합니다.

 

날개 위쪽은 A와 B가 같은 방향이라 속도가 빠르고

아래는 반대라 느리다고 보면 됩니다.

 

결국은 속도차에 의한 압력 차가 발생하니깐 양력이 발생하는 결과는 같으나,

곡선 이동 길이나 공백에 의한 것 보다 

어떤 형상의 물체가 어떤 각도로 유체 속을 이동할 때,

발생한 유동이 적절한 회전 유동을 가지고 있으면 양력이 발생하는 겁니다.

kutta.png

 

 

potentialairfoil.jpg

 

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2024-08-14 07:08:39추천 0
뭐래~ 짜증
댓글 0개 ▲
[본인삭제]REDRRR빨간달걀
2024-08-14 08:27:37추천 0
댓글 0개 ▲
2024-08-14 08:54:05추천 0
해당 링크에서 언급한 영상의 내용 중에서, 물리학자분이 양력 개념에 대해 잘못 설명하신 것 때문에 그러시는 것 같네요.

https://www.youtube.com/watch?v=VONIPOPPrC4
이 영상에서는 연이 뜨는 원리에 대해 유체역학 측면에서 베르누이의 원리 (또는 정리, 방정식) 와는 맞지 않는다고 한다 라고 말하고 있는데...
여기서부터 이미 삐끗하기 시작한 거나 다름없거든요.

비전공자입니다만, 유체역학 관련으로 관심이 있어서 책을 몇 권 사다가 공부도 했었는데...
이미 수십/년 전에 연/KITE 에서 양력이 발생하는 이유를 설명하는 모델은 제시되기 시작했었거든요.
고등학교 때 샀었던 책에서도 본 기억이 있을 정도인데, 이걸 설명 못 한다는 것부터 삐끗난 거라고 봅니다.

https://www.a-ha.io/questions/4623228eab4321f88a1ff4be8a9d9c78
https://m.blog.naver.com/dnsmking/222233184860
https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0036663

동양과 서양을 가리지 않고, 연은 질기고 가벼운 종이 또는 직물류를 살대로 형태를 만드는 식입니다.
살대로 고정한다고 하더라도, 어느 정도의 유연성을 가진 재질로 만드는 것 또한 특징이고요.

바람에 날리면서 살대로 고정되지 않은 곳은 자연스럽게 곡면이 형성되며, 살대 또한 맞바람에 의해서 어느 정도 휘어지면서 곡면이 형성됩니다.
특히나 동양의 연은 머릿살을 활벌이줄로 당겨서 일정한 곡면을 형성해주는 특성을 갖고 있기도 하죠. (방패연의 가장 대표적인 특징이기도 합니다.)
이게 양력에 필요한, "날개에 필요한 곡면" 역할 또한 수행하는 것으로 알고 있습니다. 단순히 바람을 받는다로 끝나는 게 아닌 거죠.

또한, 맞바람을 받는 정면과 그 맞바람이 뒷면으로 흘러가면서 발생하는 후류 또한 베르누이의 원리 (또는 정리, 방정식) 으로 어느 정도 설명할 수 있습니다.
https://airandspace.si.edu/stories/editorial/how-kites-fly
https://www.pbs.org/weta/roughscience/series2/challenges/kite/page3.html
https://www.google.com/search?q=bernoulli+kite

그리고 연에 줄을 연결하는 부위는 동서양 가리지 않고 "한 군데" 만이 아닙니다.
기본 세 군데 이상 연결해서 "일정한 자세" 를 유지할 수 있는 구조로 되어 있죠.
그 일정한 자세라는 것 자체가 양력에 필수적인 "받음각" 을 형성하도록 되어 있다고 볼 수 있습니다.

위에 how kites fly 라는 링크를 보면, 설명을 위한 삽화에서 연이 대략 "지면 기준 대각선" 정도의 각도로 묘사되어 있습니다.
이런 식으로 받음각을 형성하고 있기 때문에 단순히 뜬다가 아닌 "점점 높은 곳으로 올라갈 수 있는 양력" 이 발생하는 것이라 이해했습니다.

또한 서양의 KITE (가오리연) 의 꼬리는, "자세 안정 장치 - 안정익 (Winglet 등등)" 의 역할을 수행합니다.
날개 끝단에서 발생하는 와류 등등을 해소해주는 자세 안정 장치의 역할인 거죠.

아주 정확하지는 않지만, 대략의 개념은 이렇다고 알고 있습니다.

중요한 건,  베르누이의 원리 (또는 정리, 방정식)만으로 완벽하게 설명되지 않는다는 겁니다.
https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/bernoulli-and-newton/

연에 대한 것 뿐만이 아니라, 날개 하면에서 발생하는 압력차 및 압축 현상 등등을 완벽하게 설명하지 못 하고 있으며.
이런 부분 때문에 벤츄리 이론이 제시된 것이기도 합니다.
https://blog.naver.com/redcamel95/220010535587

하지만 그 벤츄리 이론조차 최근 NASA 에서 잘못된 부분이 있다고 발표했었습니다.
https://kac1990.tistory.com/entry/부정확한양력이론3
https://m.blog.naver.com/make-pro/222022635194
https://flyphx.tistory.com/113

즉, 양력의 발생원리에 대해서 지속적으로 업데이트가 되고 있는 과정에 있다는 게 중요한 겁니다.
과학적인 원리로 입증하는 과정인 정 - 반 - 합의 무한 반복 단계에 있다는 거죠.
초끈 -> 양자 이론으로 주류 이론이 이동했던 사례라던가, 우주 진공 (우주는 완전 진공이다) 가설에서 암흑 물질 및 암흑 에너지 (미지의 물질 및 에너지) 가설로 변화한 사례 등과 같은 거라고 볼 수 있다고 생각합니다.

과학적인 원리가 규명되는 과정 및 정립된 이후에도 무한하게 정 - 반 - 합을 거치면서 점점 더 정밀하게 접근하는 과정에 있는 거죠.
초기에 제시되는 이론으로 어느 정도 틀이 잡힌 다음, 그것을 검증하고 "좀 더 발전한 관측 기구" 를 통해 점점 정밀화하는 과정에서 기존의 이론에 살을 덧대거나 잘못된 부분을 수정, 교정하는 과정을 통해 점점 더 "실재" 에 접근하는 겁니다.

그러한 과정이기 때문에, 유체역학 및 항공역학을 전문적으로 연구하는 입장에서는 베르누이의 원리 (방정식, 정리) "만" 으로는 설명되지 않는다고 말한 것인데, 이에 대해 "베르누이의 원리 (또는 정리 , 방정식) 가 잘못되었다" 라고 오해한 것 아닌가 싶네요.

베르누이의 원리로 설명이 안 되는 게 아니라, 베르누이의 원리 "만" 으로 설명이 안 된다고 말해야 된다는 거죠.
아마 영상에 나오는 물리학자는 그 부분부터 착각해버린 것 아닐까 싶네요.
댓글 0개 ▲
2024-08-14 10:47:55추천 0
B에서 유체가 왜 회전하지요?

이 글도 의문만 생기지, 명확한 설명이라 보긴 어렵네요.

그리고 양력에 대해 설명할 때,
공기가 가만히 있고 날개가 이동하는 건데
날개가 제자리에 있고 공기가 맞은편에서 이동하는 것으로 설명하는 방식은
오류가 뚜렷이 발견되거나, 아니면 제대로 설명하지 못하고 넘어가는 부분이 꼭 있더라고요.
댓글 5개 ▲
[본인삭제]Rekiel
2024-08-15 01:04:56추천 0
2024-08-15 01:11:47추천 0
왜 회전하느냐는 질문은 큰 의미가 없는게, 전체 유체의 속도를 나타내는 벡터장을, 순수한 이동 성분이랑 순수 회선 성분으로 분리한거임. 좌우변을 바꿔서 C = A + B 라고 소개하는게 더 직관적일지도? 이미 본문도 그렇게 하라고 했고..

근데 사실 본문의 설명은 별로 좋은 글이 아니라는 의견에는 동의. "축구공이 회전하는 것 처럼" 따위의 비유법에다가, 양력은 위로 뜨는 힘에 대한 이야기인데 글쓴이의 주장에 따르면 이 힘은 회전력을 주는 거지 양력과 상관이 없음.

별개로, 정상 상태 (stationary state) 를 가정했을 때 공기가 가만히 있고 날개가 이동하는 것과 날개가 제자리에 있고 공기가 이동하는 것으로 설명하는 방식에는 그 어떤 차이도 없습니다. 이것을 구분할 방법이 존재하지 않는다는 것이 상대성 이론의 시작이었죠 ㅋㅋㅋㅋㅋ
2024-08-15 02:09:28추천 0
ㄴ 유체의 회전 성분이 왜 있느냐는 건데요. 그 설명 누락되면 본문 글은 아무 것도 설명하지 못하는 것.

그리고 공기가 물체에게 오는 것과 물체가 공기를 가로지르는 것은 다릅니다.
공기 분자의 열운동과 표류운동의 정보가 담겨 있는 확률밀도함수가 서로 달라요.
2024-08-15 02:19:23추천 0
제가 용어를 잘못 썼네요.
확률밀도함수가 아니라 속도 분포 함수.
(이동하는 공기는 등방성이 없으므로 속력분포함수로 대체할 수 없음)
2024-08-15 03:38:44추천 0
...이 댓글 보고 제가 쓴 댓글 지워야 할지에 대해서, 진지하게 오늘 내내 머릿속에서 신경쓰면서 종종 들여다보고 있었습니다.
무서워요...
2024-08-14 13:33:02추천 0
오. 회전유동 개념은 처음 보는데 직관적이고 알기 쉽네요!
특히 어떤 상황에서 양력이 발생하냐 아니냐 알고 싶을 때 편할 것 같아요.

개인적으로는 물 위에서 수상스키 타는 거나 양력이나 근본적으로 그게 그거라고 생각하긴 합니다만. ㅎ
댓글 2개 ▲
2024-08-15 01:14:55추천 0
"결국 받음각이 중요하다" 라는 주장이라면 일리가 있으나, 물 위에서 수상스키를 타는 것은 물의 밀도가 공기의 밀도보다 아득히 높기 때문에 이야기가 달라지지 않을까 싶습니다.
2024-08-15 02:41:13추천 0
수상스키랑은 다른 것 같네요.

예를 들어 카드 날리기를 생각해 보세요.
회전하는 카드가 양력을 받아 수평하게 날아갑니다.
경사진 표면에 지속적인 충격력을 받는 수상스키와는 다르죠.

회전하는 카드는 양력에 대한 흥미로운 시사점을 줍니다.
회전하며 병진운동하는 카드는 떨어지지 않지만
제자기에서 회전운동만 시켰을 경우에는 바로 낙하합니다.
물론 공기 저항이 있으니 동전과 같은 높은 밀도의 물체보다는 다소 천천히 떨어지긴 하지만요.
그러므로 병진운동이 있어야 양력이 발생됨이 분명히 드러납니다.

회전의 역할은 카드가 날아가며 자세가 흐트러지는 것을 막는 역할이 가장 큰 것 같습니다.
카드의 운동 방향과 카드 면이 나란함을 유지하도록.
회전이 양력에 직접적으로 영향을 주는지는 회전 없이 병진운동하는 카드와 비교를 해보면 알 것 같은데
회전 없이 병진운동하는 카드는 미세한 섭동에도 금세 자세가 흐트러져서 수평하게 날리는 것에 어려움이 있어 비교 관찰을 못해봤습니다.

여기서부터가 중요한데, 카드는 비행기 날개와 달리 양 면이 대칭적으로 납작하다는 것입니다.
반면 비행기 날개는 윗 면과 아래 면이 다소 다르게 생겼죠.

본문 글에서 날개 윗면부터 아랫면까지 한 바퀴를 도는 유속 성분이 존재한다고 했는데
왜 그런 성분이 생기는지에 대해서 설명이 누락되기도 했지만,
수평하게 날아가는 카드와 같은 경우에는 윗 면과 아랫면이 완전히 대칭적인데
과연 그런 유속 성분이 존재할 수 있을까요?
2024-08-22 13:46:09추천 0
그냥 부력처럼 생각하는게 더 설명하기 쉽다고 하던데
댓글 0개 ▲
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