[커버 스토리] 비행기의 과학

하늘을 나는 비행기를 유심히 본 적 있나요? 하늘을 올려다볼 땐 깨알만 하던 비행기가 땅에서 가까이 보니 생각보다 훨씬 커서 놀랐던 경험은요? 저렇게 큰 비행기가 어쩜 그렇게 빠른 속도로 날아갈 수 있는지 궁금하기도 했을 거예요.

1903년 12월 17일 미국 동부 키티호크라는 마을의 바닷가 모래밭에서 아래위 2단으로 된 날개와 휘발유 엔진을 단 비행기가 하늘을 날아오릅니다. 역사상 처음으로 인간이 동력 비행기를 타고 하늘을 난 순간이었죠. 주인공은 윌버 라이트와 오빌 라이트 형제였어요.

그 뒤로 비행기는 빠르게 발전해 왔습니다. 소리보다 두 배 이상 빠른 속도로 날아가는 전투기, 최대 850명이 탈 수 있고 고급스러운 시설을 갖춰 ‘하늘 위 호텔’로 불리는 여객기, 사람이 타지 않아도 원격 조종으로 어디에나 갈 수 있는 무인 비행기까지…. 비행기는 과학 기술의 결정체라고 할 수 있어요.

오늘날 볼 수 있는 최첨단 비행기는 아주 오래전부터 하늘을 날고자 했던 인류의 꿈과 도전의 결과예요. 비행 기에 숨은 과학과 비행기의 역사를 살펴보면서 여러분도 하늘만큼 높고 큰 꿈을 가져 보세요.

by 유승호 기자

무거운 비행기가 어떻게 하늘을 날까?

세계 최대 여객기인 A380은 무게가 500t이 넘어요. 이렇게 무거운 비행기가 어떻게 공중에 떠서 날아다니는 걸까요. 비밀은 날개에 있습니다.

비행기 날개를 잘라 보면 그림처럼 위가 볼록하고 아래는 평평한 모양이에요. 이런 모양 때문에 비행기 날개 위쪽을 지나가는 공기의 속도가 아래쪽을 지나가는 공기보다 빨라져요. 그렇게 되면 날개 위쪽은 기압(공기의 압력)이 낮아지고, 아래쪽은 높아진답니다. 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질이 있어요. 그래서 날개 아래쪽 공기가 위쪽으로 이동하면서 비행기를 들어 올리죠.

이렇게 비행기를 공중으로 띄우는 힘을 ‘양력(揚力)’이라고 해요. 양력은 속도가 빠를수록 커져요. 비행기가 출발할 때 활주로를 빠른 속도로 달리는 것은 양력을 높이기 위해서예요.

비행기는 무엇으로 만들까?

비행기가 하늘을 가뿐하게 날려면 몸체가 가벼워야 해요. 그런데 비행기는 많은 사람을 태우고 다니니까 튼튼하기도 해야 하죠. 그래서 많은 연구자들이 비행기에 쓸 수 있는 가벼우면서도 튼튼한 재료를 개발해 왔어요.

비행기 제작에는 탄소 복합재 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱이라는 소재가 쓰여요. 이 재료는 알루미늄보다 가벼우면서 철보다 강해요. 불에 잘 타지 않는 성질도 있어요.

꼬리날개는 어떤 역할을 할까?

비행기는 하늘에서 방향을 좌우로 틀기도 하고, 위아래로도 움직여요. 이때 비행기의 방향을 잡고 안정성을 유지하는 역할을 하는 것이 비행기 제일 뒤에 달린 수직 꼬리날개와 수평 꼬리날개예요. 수직 꼬리날개의 방향키를 왼쪽으로 돌리면 비행기 머리가 왼쪽을 향해 나아가고, 오른쪽으로 돌리면 오른쪽으로 나아가요.

비행기 연료는 어디에 넣을까?

비행기가 하늘로 떠오르기 위해선 날개가 꼭 있어야 해요. 그런데 여기엔 중요한 비밀이 하나 숨어 있답니다. 바로 비행기 날개에 연료 탱크가 실려 있는 거예요. 양쪽 날개에 연료를 실으면 비행기 전체에 무게가 고르게 분배돼 안정성을 유지하는 데도 도움이 돼요. 대형 여객기는 연료가 많이 필요해 양쪽 날개뿐 아니라 비행기 뒤쪽의 꼬리날개 속과 동체 아래쪽에도 연료를 실어요.

비행기 엔진이날개 아래 있는 이유는?

대형 여객기는 엔진이 양쪽 날개 아래 붙어 있어요. 비행기 동체에는 승객을 태우고 짐을 실어야 해 엔진을 둘 만한 공간이 없기 때문이에요. 또 엔진을 날개 아래 두면 비행 기의 무게중심을 안정적으로 유지할 수 있어 요. 비행기 날개는 양력을 받으면서 위로 휘는 힘이 작용하는데, 엔진을 날개 아래에 붙여 두면 날개를 아래쪽으로 잡아당겨 수평을 유지할 수 있죠.