비행기는 어떻게 하늘에 뜨는 걸까?

솔직히 말씀드리면, 수백 톤이 넘는 쇳덩어리가 하늘을 난다는 것은 상식적으로 이해하기 어렵습니다. 보잉 747의 최대 이륙 중량은 약 400톤에 달합니다. 이게 핵심이거든요. 대체 어떤 힘이 이 무거운 물체를 하늘에 띄우는 걸까요.

양력이란 무엇인가요

비행기를 하늘에 띄우는 힘을 양력이라고 합니다. 양력은 비행기 날개가 공기 속을 빠르게 이동할 때 발생합니다. 비행기 날개의 단면을 보면, 윗면은 볼록하게 곡선을 이루고 아랫면은 비교적 평평한 형태입니다. 공기가 이 날개를 지나갈 때, 윗면을 흐르는 공기는 더 긴 거리를 빠르게 이동하고, 아랫면을 흐르는 공기는 상대적으로 짧은 거리를 느리게 이동합니다.

베르누이 원리

스위스의 수학자 다니엘 베르누이가 발견한 원리에 따르면, 유체의 속도가 빨라지면 압력이 낮아지고, 속도가 느려지면 압력이 높아집니다. 날개 윗면을 흐르는 공기는 속도가 빠르므로 압력이 낮아지고, 아랫면은 속도가 느리므로 압력이 높아집니다. 이 압력 차이가 날개를 위로 밀어 올리는 양력을 만들어 냅니다.

받음각의 역할

베르누이 원리만으로 양력의 전부를 설명할 수 있는 것은 아닙니다. 비행기 날개가 공기 흐름에 대해 약간 기울어진 각도를 가지고 있는데, 이것을 받음각이라고 합니다. 받음각이 있으면 날개 아래쪽 공기가 아래로 밀려나면서, 뉴턴의 제3법칙에 의해 날개를 위로 밀어 올리는 반작용이 발생합니다. 실제 비행에서는 베르누이 원리에 의한 압력 차이와 받음각에 의한 공기 편향 효과가 함께 작용하여 양력을 만들어 냅니다.

이륙할 때 무슨 일이 일어나나요

비행기가 활주로에서 가속할 때, 속도가 빨라지면서 날개 주변의 공기 흐름이 강해지고 양력이 점점 커집니다. 양력이 비행기의 무게를 초과하는 순간 비행기가 땅에서 떠오르게 됩니다. 이 속도를 이륙 속도라고 하며, 기종과 무게에 따라 다르지만 보통 시속 250~300킬로미터 정도입니다. 조종사가 기수를 들어 받음각을 키우면 양력이 더 증가하여 비행기가 상승합니다.

주의할 오해

간혹 비행기가 엔진의 힘으로 하늘에 떠 있다고 생각하는 분들이 있지만, 엔진은 비행기를 앞으로 밀어주는 추진력을 담당할 뿐이고, 실제로 비행기를 공중에 떠 있게 하는 것은 날개가 만들어내는 양력입니다. 엔진이 꺼지더라도 비행기는 즉시 추락하지 않고 글라이더처럼 활공할 수 있습니다. 이 사실을 알면 비행기 여행이 조금 더 안심이 되실 수 있습니다.