이륙과 착륙 사이의 힘들에 대하여
비행기를 주제로 글쓰기 연습을 했습니다.
이 글을 쓰게 된 이유
지난번에 비행기를 주제로 마인드맵핑을 하고, 관련된 정보를 찾아보았습니다. 마인드맵을 하고 나니 비행기는 어떻게 나는지, 문득 그 원리가 궁금하더라고요. 특히 '양력'에 가장 호기심이 생겨서 지난 주말에 몇 가지 글들을 찾아 읽었는데요. 자료를 읽은 후에 스스로 잘 이해했는지 확인해보기 위해 내용을 마인드 맵핑하고, 줄글로 작성해보았습니다. 추가로 개인적인 경험에 새로이 알게 된 정보를 합쳐보고자 했습니다.
하늘로 붕 뜨는 그 감각이 조금 그립습니다.
코로나 시대를 맞은 올해 상반기, 전 세계가 일시 중지되었죠. 하늘길도 예외는 아니었습니다. 연초보다는 상황이 좋아지긴 했지만, 온전하게 회복치 못하고 있네요. 그리하여 우리의 여행 패턴도 국내여행으로 바뀌게 되었습니다. 아마 평소대로라면, 전 올해 도쿄에 한 번 다녀왔을 텐데요. 지난 여정들을 다시 살펴보는 것으로 갈음하고 있습니다. 항상 도착과 동시에 출근을 했기 때문에, 긴 여운을 남기거나 경험을 정리하기가 어려웠습니다.
지금은 시간이 많기도 하고, ‘음 이봐, 지금쯤 한 번 저가 항공기에 자네 몸을 한 번쯤 접어줘야 할 때가 아닌가’라고 기억의 선생님께서 신호를 보내 주시는데, 그럴 수가 없습니다. 코로나가 가장 큰 이유지만, 한일 관계가 경색 국면인 것도 한 몫하죠. 이따금 핸드폰 사진을 보면서 그간 방문 경험을 되돌아볼 뿐입니다. (*일본인들 특유의 생활 감각을 좋아했던 사람으로서 일본 정치의 극우화는 복잡한 마음을 들게 합니다. 나중에 이것도 글로 한 번 생각을 정리해봐야겠어요.)
지난주에 비행기에 관한 주제로 마인드 맵핑을 하고 나니, 비행기를 탔을 때의 그 묘한 기분이 생각나더군요. 뭐랄까, 감각을 기억하는 기분입니다. 비행기가 긴 활주로를 따라 이륙을 준비하다가, 받음각을 타고 날아오르는 그 순간의 감각이요. 전 날개가 보이는 창가 자리를 선호하는데요. 쫙 뻗은 비행기 날개 아래로 점처럼 연결된 불빛의 풍경을 보고 있으면 아스라한 기분도 듭니다. 수평 비행을 하면 언제 그랬냐는 듯이 꿀잠을 자버리지만요….(*나란 사람 잠충이…)
양력이 발생할 때요.
땅을 박차고 날아오는 그 순간과 각도의 변화, 그건 비행기를 타야만 경험할 수 있는 것이죠. 작은 흔들림을 제외하면, 큰 변화를 느끼는 건 탑승 후 두 번 정도인 것 같습니다. 이륙 후 상승할 때와 착륙할 때요. 특히 각도의 변화가 생기면서 ‘오 뜬다, 난다’라는 느낌을 체감되는데요. 이는 양력(揚力)이 성공적으로 발생하고 있다는 뜻이기도 합니다. 이 순간 저를 포함한 많은 탑승객을 태우고 있는 비행기 주변에는 엄청난 물리적인 힘들이 상호작용을 이루고 있습니다.
점점 지상의 불빛들이 보이지 않는 순간이 될 때쯤 에는 중력보다 더 큰 양력이 작용하고 있다는 것을 다시금 알게 됩니다. 제가 경험할 수 있는 중력의 힘을 이기는 유일한 순간이 아닐까 하네요. 육중한 무게의 기계장치가 하늘을 가로지르는 건 너무나도 신기한 일입니다. 아무렇지도 않은 듯 유유히 공기를 가르는 비행기 날개를 보면서, 눈에 보이지 않지만 작용되는 힘들에 대해서 놀라워합니다만.. 역시 그 대단함에 비해서 금세 잠들어버리는 나란 인간……orz (*옛날 사람 이모티콘 ㅋㅋ)
힘을 일으키는 에어포일과 과학원리들....
이 신기한 양력의 결정적인 비밀은 날개에 있습니다. 비행기 날개를 수직으로 자르면 볼 수 있는 에어포일(airfoil)이라는 형상에 힘들의 비밀이 숨겨져 있습니다. 에어포일은 날개의 아래쪽은 직선 형태로, 위쪽은 적당한 각도로 약간 둥글게 들린 곡선형의 형태입니다. 이 에어포일이 날개로 접근하는 공기의 흐름을 변화시키고 양력을 유발합니다.
출처, 위키피디아 (잊을만하면, 그럴 수 없다고 혼내시는) 뉴턴 선생님....
양력에는 과학의 개념들이 복합적으로 적용되어 있습니다. 먼저, 뉴턴의 제3법칙인 작용-반작용의 법칙입니다. 공기의 흐름이 비행기 날개를 만나면 약간 볼록하게 튀어나온 위쪽 곡면을 거치면서 위에서 아래로 떨어지게 되면서 힘이 작용하게 되구요, 이에 대한 반작용으로 날개 아랫면으로부터 위로 올리는 힘이 발생되는 데 이것이 바로 양력입니다. 또한 공기의 속도에 의해 발생하는 압력의 증가도 또한 뉴턴의 제2법칙과도 연관되어 있어 보이는데요, 뜨는 현상 위주로 주제를 한정하여 작성해보려고 해서 이 부분은 생략하려고 합니다. 제가 이렇게 세상모르고 잠들어 있는 동안에도 물리는 작동 중이네요, 중력이 있는지 모르는 것처럼요.
베르누이 선생님도.... ༼⍨༽
동시에 양력의 일부를 구성하고 있는 것이 있으니 바로 베르누이의 법칙입니다. 앞선 설명과 마찬가지로 날개 앞면의 볼록 튀어나온 부분에서 공기가 갈라집니다. 날개 윗면은 공기 흐름이 더 빨라지고 이동 속도가 빠르게 되죠. 이때 공기의 밀도는 낮아지게 되게 되며 그로 인해 압력은 낮아집니다. 날개의 아랫면은 윗면에 비해 속도는 느리고 압력은 높아집니다. 압력은 수직으로 밀어내는 힘이죠. 압력이 강한 쪽에서 약한 쪽으로 힘이 이동하게 되고, 이 힘이 비행기를 공중으로 띄우는 양력의 일부가 됩니다.
공기로 흐름과 함께 발생되는 4가지 힘들의 상호작용
자리에 제 몸을 다소 구겨 넣고 있긴 하지만, 안전하고 편안하게 고공을 비행합니다. 이·착륙을 제하고는 크게 느끼는 일이 없죠. 비행하는 동안에 비행기에는 네 가지 힘이 작용하고 있습니다. 위로 오르려는 양력과 아래로 잡아 끄는 중력, 그리고 앞으로 나아가는 추력과 이와는 반대 방향으로 향하는 항력이 있습니다. 이 4개 요소가 각각 비례 또는 반비례로 관계를 맺고 있네요.
제가 떠올렸던 그 감각은 몸이 기울어지고, 양력이 중력보다 큰 상태에 도달하기 위해 점프하는 구간이죠. 비행기 날개 쪽에 있는 엔진과 모터가 아주 강력한 추력을 이끌고, 이륙의 순간엔 파일럿이 명민하게 받음각을 활용하여 양력을 최대한 발생시킵니다. 무거운 비행기가 15도 각도로 받음각을 통해 이륙할 때 “오 뜬다”라고 느껴져요. 파일럿은 4가지 힘을 기계 장치로 미끈하게 조정하고 있습니다. 비행기 날개와 꼬리 부분 등 비행기의 각 요소들을 컨트롤하면서요.
2시간쯤 지나면 다시 시트 벨트를 착용하라는 알람과 조명이 점멸하네요. 중력이 다시 우리를 강력하게 이끄니 안전벨트를 차야겠습니다. 지면과 힘차게 부딪히는 랜딩 소리와 함께 도쿄에서의 짧은 여정을 시작합니다. 입국 심사장으로 이동하는 동안에 마주치는 굵은 글씨의 이정표나 외국어 사인물이 제 눈길을 사로잡습니다. 또 이국의 언어가 귓가에 부딪힐 때 새로운 땅에 왔다는 사실을 확실하게 체감하죠. 얼른 공항을 나와 도시로 들어가야 합니다, 또 무언가를 타야 하겠네요.
전 피치 못할 사정이 있을 때만 탄다는 피치항공을 주로 탔었는데, 하네다 공항에서 도착해서 도쿄로 들어가는 시간이 짧았던 것이네요. 작년부터는 에어 서울을 타기 시작했는데 도착지가 나리타 공항이더군요. 나리타 공항에서는 도쿄 중심으로 들어가는 이동 시간이 상당해서 그냥 피치항공을 그냥 탈까 하는 생각도 들었습니다.
그런데 에어포일이라는 형태는 우리 생활을 바꾼 결정적인 디자인 구조가 아닐까요? 세상에는 많은 디자인이 있지만 이런 디자인이야 말로 세상을 바꾼 디자인이 아닐까 생각해봅니다. 비행기의 날개는 독수리의 날개를 닮아있기도 하네요. (20. 07.13)
