21C. Teachers of Science

1925년에 수직으로 도는 2개의 커다란 원기둥으로 추진해 가는 아주 이상한 배가 대서양을 건넜다.(그림 4.37) 이런 도는 원기둥이 어떻게 배에 추진력을 줄까? 최근의 응용으로 나사(NASA)가 수평으로 도는 원기둥을 비행기 날개에 붙임으로서 같은 원리를 사용했다. 그런 원기둥이 비행기에 얼마의 양력을 줄까? 더보기 The passing wind pushed the cylinders sideways in the same way that a spinning baseball is deflected in FC 4.39. Appropriate orientation of the ship would result in the ship moving forward through the water. FC 4.39에서 ..

현대 건축 설계 중의 하나로 건물 바닥이 2개의 벽으로 지탱되어 다리처럼 떠 있고 지상 높이의 공간은 아무것도 없이 열려 있는 경우가 있다. 상당히 끌리는 설계지만 바람이 많은 지역에서는 불편한다. 예를 들어, MIT에 있는 그렇게 생긴 건물 아래로 봄에 바람이 통과할 때는 풍속이 시속 160km에 이르기도 하며, 이 바람은 교내 다른 어느 곳보다도 세다. (학생과 젊은 교수들은 바람에 넘어지지만, 오로지 나이 많은 교수들만 버틴다.) 무엇 때문에 바람이 이렇게 빨라질까? 더보기 해답보기 Some of the wind incident on the building is forced through the opening, having to speed up to do so. 건물에 불어닥친 바람 중 일부는 열린..

대류에 대해서 설명할 때 "밀도가 작으면 위로 뜨고, 밀도가 크면 아래로 가라앉는다."라고 흔히 가르치게 됩니다. 그런데 왜 밀도가 작으면 위로 뜨는 지에 대해서는 알려주지를 않죠. 힘의 대해 이해하는 학생이라면 아래의 설명으로 충분하리라 생각됩니다. 물체는 알짜힘의 방향으로 가속됩니다.(운동 제2법칙) 알짜힘이 0이라면 물체는 정지해있거나 등속도운동을 하게 됩니다. 부력은 잠긴 물체에 의해 대체된 부피만큼의 유체의 무게입니다. 다음과 같은 상황을 생각해봅시다. 상온의 공기는 밀도 ρ입니다. 따뜻한 공기는 분자간 거리가 멀어지므로 밀도는 작아지게 되고, 반대로 차가운 공기는 밀도가 커지게 됩니다. 따라서 따뜻한 공기는 위로 힘을 받아 상승하게 되고, 차가운 공기는 아래로 힘을 받아 하강하게 됩니다.

“비행기가 어떻게 양력을 얻을까?”는 물리의 기본적인 문제이다. 기본적인 답에는 베르누이의 원리가 있지만 그것이 유일한, 또는 중요한 요인일까? 날개의 모양이(그림 4.31) 베르누이 효과를 일으키도록 만들어졌다면 어떻게 비행기가 뒤집혀서도 날 수 있을까? 근본 논쟁의 중요한 점은 공기가 날개 아래보다 위에서 빨리 흐른다는 것이다. 그리하여 베르누이 원리에 의해 압력이 날개 아래가 위보다 높아지고 따라서 양력이 생긴다. 그런데 왜 공기가 위쪽에서 빨리 흘러야 할까? 아래와 위에서 공기의 흐름이 같은 시간 내에 날개를 반드시 지나가야 한다. 위의 공기 흐름은 더 긴 거리를 지나가야 하기 때문에 빨리 흘러야 한다. 기본 논쟁의 대답은 여기서 마친다. 그러나 왜 위의 공기가 아래 공기와 같은 시간에 날개를 지..

베르누이 법칙에 대한 교과서의 유도를 보면 좀 이상하게 보일 수 있습니다. 설명이 틀린 것은 아닌데, 앞에서 배웠던 내용을 확장시키면 나을 것 같아서 정리해봅니다. 역학편에서 일-운동에너지 정리에 대해 배운 적이 있을 겁니다.알짜힘이 한 일=운동에너지의 변화량 물체에 작용하는 알짜힘은 어떤 것이 있을까요? 유체의 바깥에서 작용하는 힘 (위치 1에서 압력에 의한)과 (위치 2에서 압력에 의한)가 있으며, 중력이 있습니다. (알짜힘은 외력의 합입니다. 내력하고는 아무 관계가 없습니다. ) 중력이 한 일은 음(-)의 일이 됩니다.(중력은 아래방향인데, 변위는 윗 방향이기 때문입니다.) 또한 힘 에 의한 일은 정(+)의 일이 되고 힘 가 한 일은 음(-)의 일이 됩니다. 따라서 유체에 작용하는 알짜힘이 한 일은..