잘못된 세일 양력 원리 설명

[데루수]

미 북캐롤라이나 키티 호크에서 날아 오른 라이트 형제의 비행기 (모형).  엔진이 없는 거로 봐서 초창기 글라이더 시험용이었던 듯함.  사진 출처 : sewingcardsandoldphotos.tumblr

세일링을 처음 배울 때 세일에서 양력이 발생하는 원리가 비행기 날개와 같다면서 흔히 아래와 같이 설명하는 걸 듣는다.

날개 앞에서 갈라진 공기 흐름은 날개 위 아래를 지나서 날개 뒤에서 만나야 하는데... (가정)

1) 날개 위가 더 굴곡이 지어져 있으므로 지나야 할 거리가 길다.  그러므로 위 아래 공기 흐름이 만날려면 날개 위 공기 흐름이 빨라야 한다.

2) 만날려면 같은 시간동안 날개를 통과해야 하고, 날개 위가 더 굴곡이 지어져 있으므므로 날개 위 공기 흐름이 빨라야 한다.

위 두가지 논리 중 하나를 언급한 후 흐름이 빠르면 압력이 낮다는 베르누이의 법칙을 소개한 후 "비행기 날개는 압력이 높은 아래에서 압력이 높은 위로 미는 힘이 존재하는 데 이 힘이 양력이다"라고 설명한다.

처음 이런 비슷한 가정과 위 1) 또는 2) 번 설명을 들었을 때 도무지 믿어지지가 않았다.  첫째 위 아래로 갈라진 공기 흐름이 왜 날개 뒤에서 다시 만나야 하는 지 근거가 없다.  무턱대고 한 가정이 틀리다면 1) 과 2) 번 설명은 타당성이 부족할 수 밖에 없다.  

우선 가정이 잘못된 점을 찾아 보기로 했다.  아래 그림은 풍동장치 내 연기 실험인데, 연기를 계속 뿜어내는 게 아니라 순간적으로 잠깐 동안만 뿜어내어 (펄스, pulse) 날개 위 아래로 흐르게 했다.  그랬더니, 날개 위로 흐르는 공기가 훨씬 빨리 날개를 통과하는 장면이 영상으로 잡혔다.  이로서 위 가정은 엉터리임을 알 수 있다.

 펄스 연기로 보면 날개 위로 지나가는 공기 흐름이 먼저 지나가 버린다.  위 아래로 나누어진 공기 흐름은 날개 뒤에서 만나지 않음을 증명함.  영상 캡쳐 출처: 캠브리지 대학 홀저 바빈스키 (2003)

또한 비행기 날개처럼 위가 굽었고 밑은 대체로 편평한 날개에서만 양력이 발생하는 건 아니다.  즉 공기가 흘러가야 할 거리에 차이가 있어서 양력이 발생하는 건 아니다.  그 예가 바로 세일이다.  세일은 안쪽 바깥쪽 모양의 차이가 없으므로 러프에서 갈라진 공기가 흘러야 할 거리가 동일하다.  하지만 양력은 발생한다.  그러므로 1)번 설명은 세일 양력 원리에 적합한 설명이 아니다.

최근 초음속 제트기의 날개는 납작한 마름모 형태이라고 한다.  즉 위 아래 공기가 흘러야 할 거리가 같다.  그래도 잘 날아 다닌다.  그러므로 위 설명은 비행기 날개 양력 원리를 정확히 설명한다고 볼 수 없다.  비행기 날개와 세일에 공통으로 적용되는 가장 보편적인 설명은 둘 다 공기 흐름의 방향을 꺽어서 그 반작용에 의해 양력이 발생한다는 원리다.  이 원리는 이전 <세일의 양력> 포스트에서 소개한 바 있다. 끝.

[잘놀자 이강현]

아주 좋은 글입니다,어떻게 찾으시는지 대단합니다.

[데루수]

이치에 맞지 않는 설명을 한번 잘못 들어 두면 나중에 정확한 이해를 두고 두고 방해합니다. 하나의 예로 잘못된 원리로는 세일 모양에 따른 포인팅 능력의 차이를 이해할 수 없습니다. 그러니까 (선수들도) 요령만 연습을 해서 세일링하는 거지요. 시간 투자가 많은 선수에 비해 아마추어들은 그렇게 하다간 한계가 곧 들어납니다. 이전 포스트에서 언급을 했지만 실험적 증거를 찾아 보고 싶어서 검색하고 정리해 보았습니다.

[데루수]

오랜된 댓글인데... 다시 읽어보니 그 당시 글을 읽는 분들이 아 이렇게 생각했겠네라고 짐작이 갑니다. 위 글은 소위 "퍼온 글"이 아닙니다. 남의 일을 소개한 것처럼 보여서 그게 퍼오는 글이 아닌 겁니다. 자신이 의문을 먼저 가져야 합니다. 남이 먼저 해결한 거면 소개를 해야 합니다. 하지만, 남이 해결을 못했으면 그 의문은 자연히 스스로 답을 찾아야 합니다. 위 글도 마찬가지입니다. 결정적인 의문에 대한 답은 얻었고, 그 외 증거들은 스스로 이치를 따진 후 적은 내용입니다. 그래서 찾는 방법은 그 수단일 뿐입니다. 찾은 증거들을 자신이 해석하고 정리하는 능력이 세일링원리 이해에 도움됩니다. 남에게 알리는 건 덤고요...