양력발생의 원리

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양력(날릴 양揚, 힘 력力, lift)의 이론을 기술하기 전에 공력이란것을 알아보겠습니다. -‘양력’과 ‘항력’을 “공력”이라 하는데 공력은 공기 중을 지나는 물체와 공기와의 상호작용에 의해서 발생하는 기계적인 힘으로 정의한다. 따라서 정지해 있는 물체는 공력이 전혀 없지만 공기중을 조금이라도 움직이는 물체는 필연적으로 공력이 발생한다.-고 배우고 있는 책에 적혀있습니다. 비행기가 공기중을 비행하게 되면 날개를 포함한 비행기전체표면에 작용하는 공력은 압력에 의한 힘과 전단력에 의한 힘이 발생하는데 이 전체공력중 비행기가 진행하는 방향과 수직인 성분을 양력이라 합니다. 쉽게 말해 유체속에 움직이는 물체에 작용하는 동적인 힘입니다. 비행기 날개에서 비행기의 무게를 감당하고 오르는 힘, 양력이 어떻게 발생되는지 알아보기 위해서 공기(유체)중의 동그란 공이 놓여있는 경우를 예로 들어 설명하겠습니다. 진한 빨간 색이 공의 진행 방향입니다. 공을 옆에서 보는 그림입니다. 공의 회전은 반시계방향입니다, (진행 방향에서 봤을 경우)로 이루어집니다.

A : 공의 회전방향과 공기의 진행방향이 반대여서 공기의 흐름이 방해됩니다. 당연히 공기의 속도가 느립니다. 속도가 느리니 당연히 압력이 높아지게됩니다.

B : 공의 회전방향과 공기의 진행방향이 동일하여 공기의 흐름이 빨라집니다. 당연히 공기의 속도는 빠릅니다. 속도가 빠르니 역시 압력이 낮아집니다.

B에서는 원래의 흐름속도에 순환흐름으로 속도가 더해져 속도가 빨라지고 A점에서는 그 반대로 순환흐름이 원래의 흐름을 방해하여 결국 속도가 줄어들게 됩니다. 여기서 `베르누이의 정리`를 적용하면 순환흐름이 겹치기 전에는 A점과 B점의 압력이 같았으니 순환흐름이 겹치면 A점의 압력이 B점보다 높아지게 되고 이 압력차이에 의해 위에서 밑으로 힘이 발생합니다. 만일 시계방향으로 순환흐름을 겹치게 되면 반대로 아래쪽에서 위로 힘이 발생하게 됩니다. 그래서 공이 갑자기 훅 떨어지게 됩니다. 탁구에서 드라이브라는거 들어보셨나요? 이게 바로 드라이브입니다. 만약 회전이 반대가 된다면 공은 위로 힘을 받게 되어 밑으로 떨어지지 않을겁니다.

참고 자료

(http://www.nasa.gov)
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html
http://iopscience.iop.org/0031-9120/38/6/001/pdf/pe3_6_001.pdf