마그누스 효과를 공에 적용한 그림. V는 유체의 속도, F는 작용하는 힘을 나타낸다.
마그누스 효과의 원리[편집]
시계 방향으로 회전하는 공이 오른쪽으로 날아가는 경우를 생각해보자. 이때 운동하는 공과 공기의 충돌에 의해 공의 이동 방향의 반대 방향, 즉 왼쪽으로 주변 공기의 흐름이 생기게 된다. 또한 공이 회전하기 때문에 공의 표면에 아주 가까이 있는 공기는 공과 같은 시계 반대 방향으로 움직이게 된다. 그렇게 되면 공의 위쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 반대 방향으로 이동한다. 따라서 위쪽의 공기는 상대적으로 느린 속도를 갖게 된다. 반대로 공의 아래쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 같은 방향으로 이동하기 때문에 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된다. 베르누이의 법칙에 의하면 유체(액체 또는 기체)에서 물체의 속도가 증가하면 그 물체가 유체로부터 받는 압력은 감소하고, 반대로 물체의 속도가 감소하면 그 압력은 증가한다. 따라서 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된 공의 아래쪽의 압력은 감소하고, 상대적으로 느린 속도를 갖게 된 공의 위쪽의 압력은 증가한다. 공의 위, 아래에 발생한 이 압력차이가 양력을 발생시켜 공을 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동시키고 이런 힘을 마그누스 힘이라고 한다. 이 힘에 의해 공이 회전 방향(이 경우에서는 아래쪽)으로 휘게 된다. 마그누스 효과는 물체의 회전 방향에 따라 어느 방향으로도 작용할 수 있다.
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문제된다면 삭제하겠습니다.
우리가 알고있는 공이 회전하면서 공이 움직이는 방향에 대한 이론의 설명으로 마그누스의 효과로 하는데요.
머 유명하신 과학자님들이 인정한 정론이겠지만 의문점이 있네요.
공이 회전하는 면이나 회전방향의 힘이 주변공기에 일정하게 작용할것 같은데
왜? 회전하는 방향의 위아래의 공기밀도 차이가 나게 되는지 저는 이해가 안가네요.
저는 공기의 영향보다는 공의 회전하는 방향의 힘이 공기속으로 파고들면서 헤쳐나가는 과정에서
힘의 이동의 방향성이 공이 가진 힘에 의해서 방향이 결정된다고 생각이 되는데요.
혹시 이부분에서 저에게 설명해주실분 찾습니다.
동일 알피엠이 공의 표면에서 공기접촉면에 동일하게 작용하는데 왜 공기의 밀도차가 존재하지요?
물리전공하신분이나 저에게 설명좀 부탁드려도 될까요?
제가 궁금한것은 못 참는 성격이라서 죄송합니다.
첫댓글 태풍의 위험반원과 안전반원을 생각하시면 되는데요.
더 쉽게하자면, 공이 회전하기 때문에, 위 그림에서 공의 윗면보다 아랫면을 지나는 바람이 더 적기 때문입니다.
윗면에서는 공의 회전이 바람과 반대되므로 더 많은 면적이 지나치고, 아랫면은 회전방향과 바람의 방향이 같으므로 더 적은 면적이 지나가기 때문이죠.
공의 회전이 윗면은 강하게 회전하고 아래면은 약하게 회전하나요?
동일한 속도로 윗면이나 아래면이나 같은 속도로 회전할것 같은데
왜 아랫면의 바람이 적어지나요? 저는 이것이 궁금합니다.
@주천 네 동일한 속도로 회전하는데,
공 둘레에 1~30까지의 눈금을 써놓았다고 가정할 경우.
윗면은 1~15 눈금까지 바람이 지나갔다면,
아래는 1~10정도까지밖에 못 지나가겠죠.
@빡죠 네 공의 진행방향에 따른 공기의 저항이 다르겠군요 댓글 고맙습니다.
공이 전진회전을 할 때 공의 윗면은 공기의 저항방향과 반대방향으로 회전하므로 공기의 흐름이 느리고
공의 아랫면은 순방향으로 회전하기 때문에 공기의 흐름이 빠릅니다.
공기의 흐름이 빠르면 기압이 낮아지고 공기의 흐름이 느리면 기압이 높아지겠죠?
그래서 고기압에서 저기압으로 힘이 작용하면서 공이 아래로 급격히 떨어지는 것입니다.
아 공의 진행방향에 따른 공기의 저항이 다르겠군요. 고맙습니다.
@面長(윤화중) 반대입니다...
흐름이 빠르면 기압이 낮아지고
흐름이 느리면 기압이 높아집니다.
@빡죠 제가 잘못작성했네요 수정했습니다.
음....어렵다는..
마그누스효과에 앞서 기초적으로 이해해야할 예가 비행기 날개입니다.
유체(공기 물 등)는 고체처럼 분리되지않으며, 그 사이로 고체가 지나갈때 고체의 형상에 따라서 고체를 감싼 유체의 유동이 영향을 받습니다.
비행기 날개는 아랫면은 평평하고 위로 볼록합니다. 윗면의 길이가 더 깁니다. 윗면과 아랫면에 등간격으로 같은 수의 점을 찍는다면 아랫면보다 윗면에 찍힌 점 간의 간격이 더 멀 것이고, 이것을 유체의 밀도로 볼 수도 있습니다.
유체는 밀도가 높은곳에서 낮은곳으로 이동하려는 힘이 있고, 이로인해 아래에서 위로 향하는 양력이 발생해 비행기가 뜹니다.
그리고 유체는 그 유동의 속도가 빨라지면, 특히 기체는 그 밀도가 낮아집니다.
분자간의 인력이 고체나 액체보다 약해서 유동이 활발해질수록 분자간 거리가 멀어져 밀도가 떨어지게 되고 부피는 커집니다.
우주야님의 답변으로 충분히 설명이되네요!
물리학과출신으로 간단하게 답변을 드린다면...
탁구대위에 공이 탑스핀으로 지나가는 중입니다.
지나가는 탁구공 아래의 공기 밀도 보다 탁구공 위쪽의 공기 밀도가 높아서 탑스핀으로 지나가는 공의 윗부분에 압력이 높아져 회전량에 비례하여 공이 떨어지게 됩니다.
횡회전의 경우는 쉽게 말씀드리자면
탁구대 위아래를 떠나서 오른손잡이의 횡회전 서브일 경우
탁구공이 횡회전으로 앞으로 나아가는 과정에서
전방의 공기를 밀치고 회전을 하게되니 리시버의 오른쪽이 공기의 압력이 높다고 생각하시면 됩니다.
공이 나아가는 힘이 작용할때 휘어지는 방향의 안쪽이 압력이 낮고 바깥쪽이 압력, 즉 마찰이 높아 압력이 증가한다고 생각하심 됩니다
물리적으로 깊게 들어가지 마시고
간단하게 이해하시는것이 편합니다. 선수들은 물리학적으로 생각을 할필요가 없는걸 알기에 그냥 많이 부딪혀 보고 많이 연습하는걸로도 충분하다고 생각하기에 연습에만 매진합니다.
생활체육을 너무 과학적으로 적근해야 하기 보단... 간단한 원리를 알고 그원리를 알고 연습에 대입해보는게 최선일것 같습니다.
이상 쉬는 시간에 짧게 댓글을 달아 봅니다^^
댓글주신분들 감사합니다.
저항이나 마찰력으로 이해하면 되었을것을...
무튼 고맙습니다.^^
공이 타원형되어버려요 아주 미세하게 ( 엄청스피드와 스핀붙어 걸려있다는 전제하 ). 그래서 휩니다. 베르누이효과로..
저도 마니 배웠습니다 ^^