연 (Kite)
보이는 과학 : IN LAB 010
양력을 이용하면 오래 날릴 수 있습니다.
날고 있는 물체에는 공기에 의해 힘이 작용하며 이를 공력이라고 합니다. 날개를 가지고 있는 물체에서 공력은 날고 있는 물체의 속도를 감소시키는 항력과 물체를 뜨게 해주는 양력으로 작용할 수 있습니다.
날개를 가지고 있는 물체에서 공기의 흐름을 바꾸어 주는 받음각을 이용하면 양력을 만들어 줄 수 있습니다. 그리고 이 양력을 이용하면 오래 날릴 수 있습니다.
평평한 면을 가지고 있는 물체의 무게중심의 위쪽에 고정줄을 만들어 주면 받음각을 이용한 양력으로 날 수 있는 연(Kite)이 됩니다.
Kite (연)
준비물 : A4용지 2장 (색지를 이용하면 더 좋습니다.), 종이컵 2개, 빨대 1개, 실, 풀, 테이프 등
필수 준비물 : 바람!!! ( 연은 바람이 없으면 날지 못합니다!!! )
A4 Kite(연) 접는 순서입니다. 이 순서로 만들고 꼬리를 만들어 주면 연이 됩니다.
(1) A4 용지를 반으로 접어 줍니다. (빨간색이 접는 선입니다.)
(2) 접힌 한쪽면을 사선으로 접어 줍니다.
(3) 반대쪽도 같은 방식으로 접어줍니다.
(4) 가운데 부분에 풀칠을 하고 붙여 줍니다.
(5) A4 용지를 길게 잘라 연결하여 붙여 꼬리를 만들어 줍니다. 가늘게 자른 종이를 연결할 때에는 풀보다는 테이프를 사용하는 것이 좋습니다.
바람이 강하게 부는 경우 꼬리는 길게 만드는 것이 좋습니다. 바람이 약하다면 3장에서 4장 연결합니다.
(6) 연의 머리 부분에 빨대를 테이프로 고정시키고, 아랫부분에 테이프로 꼬리를 연결해 줍니다.
(7) 종이컵 아랫부분을 테이프로 연결하여 간이 얼레를 만들어 주고 실을 감아 줍니다.
(8) 연의 세로축 앞부분에 송곳 또는 펀치 등으로 구멍을 뚫어 실을 묶어 줍니다.
구멍을 뚫을 자리에 미리 유리테이프 등을 붙여 구멍 주위가 손상되는 것을 방지하는 것이 좋습니다.
구멍의 위치는 연의 머리 부분에서 1/4 지점이 좋습니다.
(9) 바람이 분다면 야외로 이동하여 연을 날립니다.
보이는 과학
평평한 면을 가진 물체가 바람의 방향과 수직으로 위치하면 바람을 맞는 면에서 정체점이 형성되어 압력이 증가합니다. 반대로, 바람이 지나가는 뒷면은 와류가 형성되면서 압력이 낮아집니다. 이로 인해 물체에는 바람의 방향으로 공력이 발생합니다. 고정줄을 물체의 무게중심에 연결하면 이동이 제한되며 공력과 줄의 장력 사이에서 평형 상태가 형성됩니다.
평평한 면을 가진 물체에서 고정줄을 물체의 무게중심 위쪽에 연결하면 연(Kite)이 됩니다. 무게중심 위쪽에 연결된 연(Kite)과 연결줄의 연결지점은 회전축이 되고 연의 아랫부분이 위쪽으로 회전하며 받음각을 만들어 어줍니다.
받음각은 바람이 경사면을 따라 아래쪽으로 이동하도록 바람의 방향을 바꾸어 줍니다. 이때 아래쪽으로 방향이 바뀐 공기의 흐름으로 작용-반작용의 힘이 만들어집니다. 작용-반작용에 의한 힘과 압력차이에 의한 힘에 의해 연(Kite)에는 위쪽으로 작용하는 공력, 즉 양력이 만들어집니다. 연(Kite)은 양력과 고정줄의 장력 사이에서 평형을 유지하며 원호를 그리면서 상승하게 된다.
로켓처럼 일정한 방향으로 비행하는 물체에서 날개의 받음각이 커지면 항력으로 작용하여 속도를 감소시키는 힘으로 작용합니다.
그러나 줄의 장력으로 일정한 위치의 고도에서 머무르는 연(Kite)에서는 충분한 받음각이 생기지 않으면 줄의 장력과 공력의 평형이 깨지면 연이 추락할 수 있습니다.
연(Kite)의 긴 꼬리는 연의 무게중심을 최대한 아래쪽으로 이동시켜 연이 충분한 받음각을 유지할 수 있도록 도와줍니다.
일반적이 연(Kite)은 받음각을 고정시켜 주는 "고정 가이드 잡이"로 연과 줄을 연결합니다. 받음각이 고정되는 "고정 가이드 잡이" 방식은 받음각을 고정시켜 바람이 충분하게 불어 주면 항력을 증가시켜 연줄의 장력을 팽팽하게 유지시킬 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 그러나 "고정 가이드 잡이" 방식은 연의 구조가 견고해야 하고, 바람의 세기에 따라 연줄을 풀어주거나 감아주는 동작이나 연을 날리는 사람이 앞뒤로 움직여주는 동작을 통하여 연의 비행을 조절해야 하는 숙련도를 필요로 합니다.
A4 연(Kite)는 구조가 견고하지는 않지만, 가볍고 간단하게 만들수 있는 연(Kite)으로 "유동 가이드 잡이" 방식으로 만들어 주면 약한 바람에도 비행이 가능하고, 연줄의 장력이 약하기는 하지만 바람의 세기에 따라 스스로 받음각을 조절해 주는 장점으로 날리는 사람의 숙련도가 부족해도 안정적인 비행이 가능한 장점이 있습니다.
