The Science of Flight

영어 천재 (이재영) 7과

Have you ever wondered what makes a kite fly, or what a kite and an airplane have in common? The truth is that they both rely on the same science ― the science of flight.

Basics of Flight

There are four main forces involved in flight: lift, weight, thrust, and drag. Lift is created by the difference in air pressure between the air flowing over an airplane's wings and the air flowing under them. Lift is opposed by weight, which is the force of gravity that is constantly pulling the airplane down. If the amount of lift is greater than the amount of weight, the airplane will rise. At the same time, thrust is created by the airplane's engines and propellers pushing the airplane forward. Opposed to that force is drag, which is the air pushing the airplane back. If thrust is greater than drag, the airplane will move forward. The interaction between these four forces makes airplanes fly.

비행의 과학

무엇이 연을 날게 하는지, 또는 연과 비행기가 어떤 공통점을 갖고 있는지 궁금해한 적이 있는가? 진실은 그 둘 모두에게 비행의 과학이라는 똑같은 과학이 적용된다는 것이다.

비행의 기본 원리

비행과 관련 있는 4가지 주된 힘, 즉 양력, 중력, 추력, 항력이 있다. 양력(lift)은 비행기 날개 위로 흐르는 공기와 날개 아래로 흐르는 공기 간의 압력 차이로 만들어진다. 양력은 중력(weight)에 반대되는 힘인데, 중력은 지속적으로 비행기를 아래로 끌어당기는 힘이다. 양력의 양이 중력(weight)의 양보다 더 크면 비행기는 떠오를 것이다. 동시에, 추력(thrust)은 비행기의 엔진과 프로펠러에 의해 만들어지는데 비행기를 앞으로 밀어 준다. 그 힘의 반대는 항력(drag)인데, 이는 비행기를 뒤쪽으로 밀어 주는 공기이다. 만약 추력이 항력보다 더 크면 비행기는 앞으로 움직일 것이다. 이 네 가지 힘이 상호 작용하면서 비행기를 날게 한다.

Airplanes are designed with these forces in mind. The engines and propellers provide thrust to move airplanes forward. The wings are shaped so that air has to travel faster over them than under them. According to Bernoulli's principle, an increase in the speed of air results in a decrease in pressure. Thus, air traveling faster creates lower pressure above the wings, and the higher pressure under the wings pushes the airplane up, creating lift.

A Simple Experiment

You can see for yourself how the force of lift works. Cut a strip of paper about 4 cm wide. Hold one end of the strip near your lips, and blow slowly and evenly over the paper. The other end of the strip will rise. This is because the air blown out over the top of the paper moves quickly, so its pressure is lower than the still air under the paper. The still air, with a higher pressure, pushes the paper upward into the lower pressure air.

비행기는 이 네 가지 힘을 염두에 두고 설계된다. 엔진과 프로펠러는 비행기가 앞으로 움직일 수 있는 추력을 제공한다. 날개의 모양은 공기가 날개 아래쪽보다는 위쪽에서 더 빠르게 이동하도록 만들어진다. ‘베르누이의 원리’에 따르면, 공기 속도의 증가는 압력의 감소라는 결과를 낳는다. 그러므로 더 빠르게 이동하는 공기가 날개 위쪽에 더 낮은 압력을 만들어 주고, 날개 아래쪽의 더 높은 압력이 양력을 만들면서 비행기가 위로 떠오르도록 밀어 준다.

간단한 실험

여러분 스스로 양력이라는 힘이 어떻게 작용하는지 알아볼 수 있다. 약 4센티미터 넓이로 종이 띠를 자른다. 띠의 한쪽 끝을 잡고 입술 가까이 댄다. 그리고 서서히 종이 위로 균등하게 바람을 불어 준다. 띠의 다른 쪽 끝이 올라가게 될 것이다. 이것은 종이 위쪽에 불어진 공기가 빠르게 움직이기 때문이다. 그래서 종이 아래쪽에 있는 정지 상태의 공기보다 압력이 더 낮아지게 된다. 더 높은 압력을 지닌 정지 상태의 공기는 압력이 더 낮은 공기가 있는 위쪽으로 종이를 민다.

Why a Kite Flies

A kite flies in the same way as an airplane does. To make a kite fly, it is sometimes necessary to run with it behind you. This creates lift and pushes the kite up. Once the kite gets up in the sky where the wind is strong enough, you can stop running, and the kite will fly. Instead of engines and propellers, the tension from someone pulling on the kite's string provides thrust for a kite. For a kite to remain flying, the amount of lift needs to be equal to the amount of weight so that those forces balance each other. Likewise, thrust and drag must also be equivalent.

The Uniqueness of Bangpaeyeon

Bangpaeyeon, the most popular Korean kite, looks simple, but is the toughest of all kites flown in Korea. This rectangular kite is traditionally made from five bamboo sticks and is covered with traditional Korean paper. It is always made so that the width and length are in a 2-by-3 proportion. Unlike kites in other countries, it has a circular hole in the center, with a diameter half the width of the kite. What this hole does is control the air.

연이 나는 이유

연은 비행기와 똑같은 방식으로 난다. 연을 날게 하기 위해서는 때로는 여러분의 뒤쪽에 연을 둔 채로 뛰어야 한다. 이것은 양력을 만들어 내고 연을 위로 밀어 준다. 일단 연이 바람이 충분히 강한 하늘 위로 올라가게 되면, 여러분은 달리기를 멈출 수 있고 연은 떠 있게 될 것이다. 엔진과 프로펠러 대신에, 연줄을 당기는 장력이 연에 추력을 제공한다. 연이 날고 있는 상태를 그대로 유지하려면, 힘들이 서로 균형을 잡을 수 있도록 양력과 중력의 양이 같아야 한다. 이와 마찬가지로, 추력과 항력도 동등해야 한다.

방패연의 독특함

가장 인기 있는 한국의 연인 방패연은 단순해 보인다. 그러나 한국의 연 중에서 가장 날리기 어렵다. 이 직사각형 연은 전통적으로 5개의 대나무살로 만들어지며 전통 한지를 붙인다. 이 연은 항상 가로와 세로가 2:3의 비율로 만들어진다. 다른 나라의 연과 달리, 이 연은 중앙에 연의 가로 길이의 절반이 지름인 원형 구멍이 있다. 이 구멍이 하는 역할은 공기를 조절하는 것이다.

The push of air on the front of the kite is greatly reduced because some of the wind passes through the hole to the back. This allows you to turn the kite quickly. Without the hole, it would not be easy to control. In addition, the kite is not easily damaged by a strong wind.

As you can see from the example of the kite, things we use every day often act in accordance with interesting principles of science. Make sure you think about these principles at work in your daily life.

A Way to Increase Stability: A Tail

A tail is sometimes added to a kite. It can help make a kite fly more stably by adding not just some weight but also drag to its lower end. The tail should have the right length, though. Adding a short tail, for example, a 10 cm tail, will make the kite spin and roll around a lot. Adding a longer tail, such as a 100 cm tail, can help the kite fly well, allowing it to go high without rolling very much. Our ancestors knew all this and made the tail the right length.

연의 정면에 있는 공기가 미는 힘은 바람의 일부가 이 구멍을 통해 뒤로 빠져 나가기 때문에 크게 감소한다. 이것은 여러분이 연을 재빠르게 돌릴 수 있게 해 준다. 구멍이 없다면, 통제하기 쉽지 않을 것이다. 게다가, 이 연은 강한 바람에 쉽게 망가지지 않는다.

연의 예를 통해 알 수 있듯이, 우리가 일상생활에서 사용하는 것들이 흔히 흥미로운 과학 원리에 따라 작용한다. 일상생활에서 작용하고 있는 이런 원리에 대해 꼭 생각해 보자.

안정감을 증가시키는 방법: 꼬리

때때로 연에는 꼬리가 달리기도 한다. 이는 연의 하단부에 중력뿐만 아니라 항력을 더해 줌으로써 연이 좀 더 안정적으로 날 수 있게 도와준다. 그러나 꼬리의 길이는 적당해야 한다. 예를 들어, 10센티미터 정도의 짧은 꼬리를 달게 되면 연은 제자리에서 돌거나 심하게 흔들릴 것이다. 100센티미터 정도의 긴 꼬리는 연이 잘 날게 도와주어, 많이 흔들리지 않고 높이 올라갈 수 있게 해 줄 것이다. 우리 선조들은 이 모든 것을 알았고, 꼬리를 적당한 길이로 만들었다.

Birds, Kites, and Power Lines

Why can a bird stand on a power line and not get shocked? This has to do with how electricity works. Electricity flows between two points that differ in voltage. Since there is no voltage difference between the bird's feet, electricity does not flow through the bird's body. If a bird touches two wires that differ in voltage, however, electricity will flow through the bird and will probably give it an electric shock.

If your kite or balloon got caught on a power line and you touched the string, what would happen? Of course, electricity would travel down the string and into your body on its way to the ground. This would mean a serious shock! So keep in mind that you must not fly kites near power lines. Basic science will help you stay safe near electricity and can answer puzzling questions about electricity.

새는 왜 전깃줄에 앉아 있어도 감전되지 않을까? 이것은 전기는 어떻게 작용하는가와 관련이 있다. 전기는 전압이 다른 두 지점 사이를 흐른다. 새의 발 사이에 전압이 다르지 않기 때문에 새의 몸으로 전기가 흐르지 않는다. 그러나 만약 새가 전압이 다른 두 선을 건드리면 전기가 새를 통과하게 되고 아마도 감전될 것이다. 만약 여러분의 연이나 풍선이 전깃줄에 걸리고 여러분이 그 줄을 만진다면, 무슨 일이 벌어질까? 당연히, 전기가 그 줄을 타고 흘러 여러분의 몸을 통해 땅에 전달될 것이다. 이것은 심각한 감전을 의미할 것이다! 그러므로, 여러분은 전깃줄 근처에서 연을 날리지 말아야 한다는 사실을 명심하라. 기초 과학은 전기 근처에서 여러분이 안전하도록 도와줄 것이며 전기에 대한 알쏭달쏭한 질문에 답할 수 있을 것이다.