비행기와 함께하는 네 가지 힘

항공우주공학 • 2021년 07월 13일

이제는 없어서는 안 될 교통수단이 된 비행기. 비행기에 탄 우리는 비행기가 날아갈 때 앞으로 향하는 느낌을 받는다. 그렇다면 비행기에는 앞으로 향하는 힘만 존재하는 것일까?

비행기에 작용하는 네 가지 힘

비행 중인 비행기에는 크게 네 가지 힘이 작용한다. 추력, 항력, 중력, 양력이 그 힘으로, 각각에 대한 설명을 이어가보자.

추력은 비행기가 연료를 연소하여 분사함으로써 그에 대한 반작용으로 받는 추진력으로, 비행기 앞쪽으로 작용한다. [1]

중력은 지구의 만유인력과 자전에 의한 원심력을 합한 힘으로, 비행기 아래쪽으로 작용한다. [2]

항력은 물체가 유체 안에서 상대적으로 움직일 때 움직이는 방향의 반대 방향으로 작용하여 물체의 운동을 방해하는 힘으로, 물체의 운동 반대쪽으로 작용한다. [3]

마지막으로 양력은 고체와 유체 사이에 움직임이 있을 때 그 움직임에 수직한 방향으로 발생하는 힘으로, 물체에 작용해 비행을 가능하게 하는 힘이다. [4]

추력과 양력을 적절하게 조정하면 최고의 효율로 비행기를 비행시킬 수 있는데, 추력의 경우에는 제트 분사에 의한 질량 감소율과 분사하는 제트의 상대속력의 곱으로 결정할 수 있다.

양력에 영향을 미치는 요인으로는 양력계수, 유체의 밀도, 상대속도의 크기, 평면 투영단면적 등이 있는데, 이들의 관계는 뉴턴 제 2법칙으로부터 유도할 수 있다.

비행기에서 쉽게 행할 수 있는 동작 중 하나로는 비행기 날개의 받음각을 변화시키는 것이다. 여기서 받음각이란 비행기의 날개를 절단한 면의 기준선과 기류가 이루는 각도이다. [5]

받음각이 변화하면 양력계수에도 변화가 발생하므로 이를 통해 양력을 조정할 수 있다.

비행기가 비행할 때는 네 가지 힘이 작용하며 각각의 힘은 여러 요인에 의해 그 값이 결정된다. 비행기를 탈 일이 생기면 이 힘들을 느껴보는 건 어떨까.

[1] 물리학백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389997&cid=60217&categoryId=60217

[2] 두산백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1143508&cid=40942&categoryId=32286

[3] 물리학백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741446&cid=60217&categoryId=60217

[4] 물리학백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741536&cid=60217&categoryId=60217

[5] 두산백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1098916&cid=40942&categoryId=32363

표지 사진: https://blog.daum.net/orpheus1229/28

하나고등학교 11기