링으로 날리는 종이 비행기 1

2001년11월13일

서울경복초등학교 교사 심성우

[자료창고 100번에 자세한 사진과 설명이 있습니다.]

1. 이 실험은요
앞에서 여러분은 링 하나를 가지고 비행기를 만들어 날려 보았습니다. 그것에 이어 이 번에는 링 두 개를 가지고 링비행기를 만들어 보면 어떨까요? 물론 링이 두 개이기 때문에 만들고 날리는 방법이 틀린 것은 당연한 것이겠지요?
다음의 내용을 잘 보고 더 재미있는 링 비행기를 만들어 보도록 하지요.

2. 무엇이 필요할까요.
도화지, 빨대, 클립, 셀로판 테이프, 가위, 풀

3. 어떻게 할까요?
   ① 도화지를 사진과 같이 같은 크기로 2장 자른다.
   ② 자른 도화지를 동그랗게 말아 겹쳐지는 부분이 최소가 되도록 풀을
      사용하여 붙인다.
   ③ 링의 양 끝에 정확히 180도인 부분을 표시한다.
   ④ 표시한 부분에 빨대를 셀로판테이프로 고정시킨다.
   ⑤ 반대쪽에도 똑같이 고정시킨다.
   ⑥ 뒤 링도 같은 방법으로 고정시킨다.
   ⑦ 앞쪽의 링에 클립을 끼운다.
   ⑧ 링 비행기를 수평으로 밀 듯 부드럽게 날려본다.

4.어떻게 될까요
링 비행기는 완만한 포물선을 그리며 날아갈 것이다.

5.왜 그럴까요
링 비행기는 앞과 뒤에 있는 링이 날개 역할을 하는 종이 비행기의 한 종류라고 할 수 있습니다. 이러한 비행기들은 모두 공기의 흐름과 밀접한 관계를 가지고 있는데, 공기가 밀한지 그렇지 않은지에 따라 힘을 받는 방향이 틀려진답니다. 위에 소개된 링비행기는 일반 종이비행기와 날개의 모양이 다르지만 일반적으로 비행중인 종이비행기에는 실제 비행기와 마찬가지로 네 가지의 힘이 작용하고 있는데 그것을 살펴보면 중력,양력,항력,추력 이상 4가지 힘을 이야기할 수 있습니다. "중력"이란 지구 중력에 의해 아래로 떨어지려는 힘을 말하며 "양력"은 이러한 중력을 이겨내기 위해 위로 뜨게 하는 힘을 이야기합니다. "항력"은 공기흐름에 의해 생기는 마찰력으로, 비행기의 전진 방향과 반대로 작용하는 힘이며, "추력"은 항력에 대항하여 비행기를 전진시키는 힘입니다.
비행기는 이상의 네가지 힘이 균형을 이룰 때 일정한 속도로 수평비행을 하며, 양력의 크기를 조절함으로서 상승/강하비행을, 추력을 조절함으로서 가속/감속비행을 하게 되는것이지요.
위의 링 비행기는 날개가 링으로 되어 있어 항력을 줄일 수 있으며, 앞날개와 뒤날개의 역할을 하는 링이양력을 발생시키고 앞에 꽂은 종이클립은 비행기를 손으로 던지면서 생긴 추력을 유지시키는 역할을 하며 링비행기를 날게 하는 것입니다.
참고로 비행기의 날개를 예로들어 양력을 설명하면 다음과 같습니다.
우선 비행기의 날개 단면을 보면 위쪽과 아래쪽의 모양이 다릅니다. 위쪽은 약간 둥그런 타원의 모습을, 아래쪽은 평평한 모습을 나타내는데, 바로 이러한 모습 때문에 위와 아래쪽에 압력차이가 나타나게 됩니다.
그러면 이러한 날개의 단면 현상이 공기중을 지나갈 때, 왜 위쪽 면과 아래쪽 사이에 압력차이를 만들어내는지 알아봅시다.
공기는 어느 물체에 부딪치게 되면 자연스럽게 분리가

됩니다. 이렇게 분리가 된 공기는 그 물체의 끝 지점에서 자연스럽게 다시 만나게 되는데, 이 때 날개에 대해 상대적인 공기 흐름의 평균속도는 아랫면 보다는 윗면에서 더 크게 되지요. 공기의 속도가 증가하게되면, 즉 상대풍의 속도가 올라갈수록 압력은 낮아지게 되는데 이로부터 상대적으로 아랫면 보다 공기의 속도가 빠른 윗면에서는 압력이 낮아지게 됩니다. 따라서 윗면과 아랫면에서의 속도 차이가 압력의 차이를 발생시키게 되고, 이 압력차이가 바로 양력을 발생시키는 것이지요.
이러한 양력 때문에 큰 비행기가 하늘을 날아 다닐 수 있는 것이랍니다.