링으로 날리는 종이 비행기 1

링으로 날리는 종이 비행기 2

2001년11월13일

서울경복초등학교 교사 심성우

[자료창고 101번에 자세한 사진과 설명이 있습니다.]

1. 이 실험은요
우리가 흔히 알고 있는 날개가 달린 종이비행기가 아니라 만일 동그란 종이 링을 만들어 비행기처럼 날린다면 여러분은 쉽게 이해할 수 있습니까?
과학의 원리를 이용한다면 종이 링을 비행기처럼 날릴 수 있답니다.

2. 무엇이 필요할까요.

A4용지 1장 (용지의 규격은 다양하게 해도 무방함), 셀로판테이프

3. 어떻게 할까요?
①종이를 가로가 길게 놓습니다.
②종이의 아랫부분을 1.5cm～2cm정도의 너비로 접습니다.
③접는 부분을 종이의 1/2정도가 되도록 접어 올라갑니다.
(접는 방법에 따라 나는 모습도 달라집니다. 여러 방법으로 접어보세요)
④종이를 링 모양으로 만듭니다.
⑤겹치는 부분에 셀로판테이프를 이용하여 잘 붙입니다.
⑥손으로 종이링을 원에 가까워지도록 만져줍니다.
⑦종이링을 손으로 잡고 가볍게 회전을 주며 날립니다.

4.어떻게 될까요
종이링에 적당한 회전이 주어졌다면 종이링은 멀리 날아갈 수 있을 것입니다.
그러나 날리면서 종이링에 회전을 주어야 하므로 처음에는 익숙하지 않아 잘 되지 않을 수도 있습니다. 여러번 연습을 하면 아마 종이링을 안정감 있게 멀리 날릴 수 있을 것입니다.

5.왜 그럴까요
일반적으로 종이링을 던지면 종이링은 날지 못하고 곧 떨어지고 맙니다.
질량이 가볍고 공기의 저항을 쉽게 이기지 못하는 종이링의 성질로 봐서는 어쩌면 당연한 일인지도 모릅니다.

그러나 이 종이링에 가벼운 회전을 만들어 날리게 되면, 이 종이링은 놀라울 정도로 안정감있게 멀리 날아갑니다. 왜 그럴까요?

이것은 자이로 실험에서 찾아 볼 수 있는 원리와 같다고 할 수 있습니다.
회전하는 팽이는 넘어지지 않고 계속 돌아가지만 지면의 저항 때문에 나중에는 힘이 약해져 넘어지고 맙니다. 그러나 만일 지면의 저항이 없다면 팽이는 회전을 멈추지 않을 것입니다.

마찬가지로 이 종이링도 회전하는 힘에 의해 처음 날릴때의 각이 유지가 되면서 공기의 저항을 적게 받게 되고 그러면서 멀리 비행할 수 있는 것이랍니다.
이러한 자이로 실험에 대하여 조금 더 자세하게 살펴보면 다음과 같습니다.
그림과 같이 물체가 회전을 하면 회전하는 축방향으로 관성력이 작용하는데 이를 회전관성이라 합니다.

이 회전관성은 회전하고 있는 물체의 끝에서는 항상 바깥으로 향하는 힘이 작용하는데 이 힘은 어느 점에서나 같고 이 힘에 의하여 이 힘과 수직인 방향 즉 회전축 방향을 유지하려는 힘도 작용하게 되는 것이지요.

돌고 있는 팽이나 자전거가 넘어지지 않고 서 있을 수 있는 것도 이러한 원리이며 회전수와 질량이 커질수록 커집니다.