양력을 파헤쳐보자- 양력 2편(1)

양력(Lift)

1. 목차
   
   1. 유체의 특성
      1. 공기는 유체
      2. 점성
      3. 밀도
   2. 대기
      1. 보일의 법칙
      2. 샤를의 법칙
2. 유체의 특성
1. 양력의 발생 원리를 알아보면서 공기가 고압에서 저압으로 움직이려는 특성에 의해 양력이 발생한다고 하였다. 그렇기에 양력에 대해 조금 더 자세히 알기 위해서는 유체의 특성부터 파악할 필요가 있다.
2. 공기는 유체
   1. 공기는 유체에 속한다. 유체의 사전적 정의는 “흐르는 성질을 가진 물체”이며 유체에는 공기, 물, 가스 등이 속한다.
3. 점성
   1. 유체가 서로 떨어지지 않으려는 성질을 점성이라고 한다. 자동차 엔진에 들어가는 엔진 오일을 본 적 있는가? 엔진 오일을 굉장히 걸쭉한 느낌이 든다. 엔진 오일은 점성이 강해서 서로 떨어지지 않으려고 해서 더 걸쭉해 보인다. 엔진 오일에 비해 공기의 점성은 굉장히 작지만 공기 또한 점성을 가지고 있다. 항력에서 언급하였듯이 항공기 표피 주위를 흐르는 공기는 점성에 의해 항력이 발생하게 된다.
4. 압력
   1. 압력은 말 그대로 누르는 힘이다. 이때 누가 누르고 있느냐에 따라 공기가 누르고 있으면 대기압이 된다. 압력은 물체의 표면에 수직 방향으로 작용하는 힘이다. 위 문장을 다시 한번 깊게 생각해 보자. 표면에 수직 방향으로 작용하는 힘?

      

   2. 동그란 공이 있다고 가정해 보자. 동그란 공 표면 모두에 수직 방향으로 압력이 작용하고 있다. 그 상태에서 만약 공의 왼쪽에 작용하던 압력이 갑자기 약해 졌다고 가정해 보자. 그러면 공은 약해진 쪽으로 움직이게 될 것이다. 다시 이 상황을 설명하면 공의 오른쪽은 상대적으로 고압, 공의 왼쪽은 상대적으로 저압. 공은 오른쪽에서 왼쪽으로 움직였다. 다시 말해 고압에서 저압으로 움직였다고 보면 된다. 이 말을 공기, 즉 대기압으로 바꾸면 대기는 고압에서 저압으로 움직인다고 설명할 수 있다.
      
5. 밀도
   1. 밀도란 단위 부피당 질량을 뜻한다. 말이 한 번에 이해가 안 되기 때문에 조금 더 쉽게 이야기해 보자. 5평 정도 되는 내방에 나 혼자 있는 것과 내방에 친구들이 놀러 와서 7명이 방에 있다고 해보자. 단위 부피라는 것은 내 방을 뜻하는 것이고 질량은 7명을 뜻한다고 보면 된다. 나 혼자 있을 때보다 7명이 있을 때 밀도가 크다고 할 수 있다. 공기 또한 질량을 가지고 있다. 단위 부피를 내 방으로 다시 가정하면 내 방안에 가득 차 있는 공기의 질량을 계산하면 공기의 밀도를 구할 수 있다. 지금까지 열심히 점성, 압력, 밀도의 개념 정리를 했다. 이제 이러한 것들이 대기압과 양력에 어떠한 영향을 끼치는지 알아보자.
      
1. 대기
   1. 추운 날이면 우리 몸은 움츠려든다. 같다고 할 수 없지만 공기도 동일하다. 기온이 떨어지면 공기 분자들이 서로 모이기도 하고 기온이 올라가면 서로 멀어지기도 한다. 이러한 대기의 특성을 몇 가지 법칙으로 알아보자.
      
   2. 보일의 법칙
      1. 보일의 법칙이란 “온도가 일정하면 압력과 부피는 반비례한다.”
      2. 다시 5평짜리 내 방안에 가득 차 있는 공기를 생각해 보자. 그리고 위에 언급하였듯이 공기는 온도가 떨어지면 서로 모이려고 한다고 했다. 근데 만약에 온도는 일정하게 유지한 상태로 5평짜리 내 방에 가득 차 있는 공기를 내 가방 안에 쏙 넣고 싶으면 어떻게 해야 할까? 내 방안에 퍼져있는 공기들을 손으로 꾸역꾸역 눌러서 가방 안에 넣어야 할 것이다. 다시 말해 공기의 부피를 줄여 내 가방 안에 넣기 위해서는 힘을 더 가해야 한다는 것이다. 보일의 법칙을 다시 보면 온도가 일정할 때 압력이 커지면 부피는 작아진다. 반비례한다고 할 수 있다.

         

         
         
   3. 샤를의 법칙
      1. 샤를의 법칙이란 "압력이 일정하면 부피는 온도에 비례한다."이다.
      2. 내 방에 친구 7명이 놀러 왔다고 상상해 보자. 처음 방안에 온도가 15도였는데 보일러를 켜서 시간이 지나니까 방 안 온도가 30도가 되었다. 그러면 어떻게 되겠는가? 서로 붙어있으려고 하지도 않고 오히려 방 밖으로 뛰쳐나가려고 할 것이다. 공기도 동일하다고 생각하면 된다. 온도가 올라갈수록 공기들의 활동이 활발해지고 서로 간의 거리가 멀어지면서 공기의 부피가 커진다. 다시 샤를의 법칙으로 돌아오면 압력이 일정하다는 전제하에 부파는 온도에 비례한다.

         

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