마그누스 효과 - 빙빙 돌며 나는 3D 입체연

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“아빠! 엄마 언제 와요?” 

“엄마는 내일 오셔. 이모랑 같이 외할머니 모시고 제주도 가셨잖니.” 

“우린 왜 안 데리고 갔어요?” 

“음. 엄마의 엄마인 외할머니가 올해 환갑이시거든. 그래서 설날 연휴에 외가의 여자 분들끼리만 제주도로 여행가신거야.” 

“나도 데리고 가지. 심심한데…. 아빠, 나 심심해요.” 

“심심해? 그럼 뭐하고 놀까?” 

“나도 친구들처럼 연날리기 하고 싶어요.” 

“연? 오늘은 설날이라 상가도 전부 문을 닫았잖아. 어떻게 연을 만드니?” 

“아빤 과학자잖아요. 엄마가 아빠는 뭐든지 다 만들 수 있다고 그랬단 말이에요.” 

“그래? 엄마가 그랬단 말이지? 그럼 연우를 위해 조금 독특한 연을 만들어볼까?” 

“독특한 연?” 

“우리 연우 축구 좋아하지?” 

“네!” 

“축구의 바나나킥처럼 빙글빙글 회전하면서 날아오르는 연이야. 3D 입체연이라고 부르지.” 

“우와! 아빠, 빨리 만들어주세요! 빨리!” 

“그럼 연우는 폐지 모아놓은 데 가서 얇고 깨끗한 박스 좀 찾아올래? 아빠는 실이랑 빨대랑 클립을 찾아볼게.” 

“네! 와~ 입체연이다. 입체연!” 

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[실험방법] 

준비물 : 전개도, 단단한 종이(마분지, 얇은 박스지), 클립(2개), 굵은 빨대, 실, 실패, 칼 

1. 전개도를 A4 크기에 출력한 후 A4→A3 확대 복사를 2번 반복한다. 

2. 확대한 전개도를 단단한 종이 위에 올려 칼로 본을 뜬다. 

3. 회전날개를 접어 올리고 직각블록을 끼운다. 

4. 회전날개를 회전바퀴에 끼운다. 

5. 빨대를 2cm 길이로 2개 자르고 각각 한쪽 끝에 0.5cm정도 칼집을 내 회전날개에 끼워 고정한 후 회전날개의 끝을 접어 빨대가 빠지지 않게 한다. 

6. 실을 1m정도 잘라 양 끝에 클립을 묶고, 클립을 빨대에 연결한다. 

7. 입체연의 균형이 맞도록 실의 길이를 조절해 실패에 연결한다. 

“아빠! 이게 연이에요?” 

“이게 바로 3D 입체연이야. 날려 볼까?” 

“네!” 

“그럼 저쪽으로 스무 걸음 가서 연을 머리 위로 들고 있어볼래? 회전할 수 있게 양 끝을 살짝 잡고.” 

“우와~ 연이 빙글빙글 돌면서 떠오르려고 해요.” 

“신기하지? 자 바람이 충분히 센 것 같으니 손을 놓아봐” 

“연이 빙글빙글 돌면서 떠올라요~!” 

연우와 아빠는 운동장에서 신나게 연을 날리며 놀았다. 실을 감고 있는데 호기심 많은 연우가 묻는다. 

“아빠, 연이 어떻게 빙글빙글 돌면서 떠오르는 거에요?” 

“음…. 그건 베르누이의 정리와 마그누스 효과 때문이야.” 

“베르누이의 정리와 마그누스 효과? 그게 뭔데요?” 

“먼저 베르누이의 정리부터 설명해 줄게. 자~ 다 감았다. 이리오렴. 여기 아빠가 땅바닥에 그리는 그림을 잘 봐.” 

“네.” 

“아까 연우가 들고 있던 연처럼 왼쪽에서 오른쪽으로 공기가 흐르면 회전날개의 모양 때문에 공기의 저항을 받아 시계방향으로 날개가 회전하지? 그럼 윗부분은 공기의 흐름과 같은 방향으로 회전하기 때문에 공기의 흐름은 빨라지고 압력은 낮아져. 반대로 아래쪽은 공기의 흐름과 반대 방향으로 회전하기 때문에 저항이 생겨 공기의 흐름은 느려지고 압력은 높아지지. 이걸 바로 베르누이의 정리라고 해. 자, 그럼 마그누스 효과에 대해 알아보자. 이 연은 압력이 높은 데로 움직일까, 낮은 데로 움직일까?” 

 

 

“아까 연이 위로 떠오르려고 했으니까 압력이 낮은 위요.” 

“왜?” 

“음~ 몰라요.” 

“어…. 그럼 조금 쉽게 생각해보자. 연우랑 친구들이 운동장에서 축구를 하고 싶어. 한 운동장에는 사람이 바글바글 많고 다른 운동장에는 사람이 없어서 한산해. 그럼 연우는 사람이 많은 데서 막 이리저리 부딪기며 하고 싶어, 적은데서 맘껏 뛰고 싶어?” 

“당연히 적은 데서 하고 싶죠.” 

“자연 현상도 마찬가지야. 연도 압력이 높은 데보다는 낮은 데로 움직이고 싶어 해. 그래서 연은 압력이 낮은 위쪽으로 힘을 받아 떠오르게 되는 거야. 이런 현상을 마그누스 효과라고 하고. 이제 알겠어?” 

“와~ 신기하다. 나도 이제 아빠처럼 책 많이 보고 공부 많이 해서 이렇게 신기한 연도 만들어야지. 저도 과학자 될래요.” 

“그래? 그럼 아빠가 많이 도와줄게. 궁금한 게 있으면 언제든지 물어봐.” 

“근데 아빤 일하느라 바쁘시잖아요.” 

“아유~ 아니야. 아빠가 아무리 바빠도 연우가 물어보는 질문에 대답해줄 시간은 있어. 또 아빠는 일보다 연우가 훨씬 더 좋단 말이야.” 

“정말요? 나도 아빠가 좋아요!” 

“그럼 연우는 아빠가 좋아, 엄마가 좋아?” 

“어… 우엥~ 몰라요~! 아빤 맨날 어려운 것만 물어봐!” (글 : 전동혁 과학전문 기자) 

  

연날리기 Tip 

3D 입체연은 초속 4m/sec 이상(깃발이 펼쳐져 펄럭거릴 정도)의 강한 바람에서 날 수 있습니다. 일반 연과 달리 사람이 달리는 속도로는 연이 떠오르지 않고, 오히려 망가집니다. 2인 1조가 되어 한 사람이 20m 정도 떨어져 바람 방향에 맞게 연을 들고 바람의 힘으로 자연스럽게 연이 떠오르게 합시다. 일단 연이 바람을 타고 15m 정도 올라가면 상승기류를 타고 하늘 높이 올라갑니다.

(출처 : KISTI의 과학향기)