종이비행기가 멀리 날아가는 모양이 따로 있는 이유 공기 저항과 양력이 만든 균형에 대해서 알아보겠습니다.
주말 오후가 되면 집 안의 공기가 조금 느슨해집니다. 아내는 주방에서 정리를 하고, 저는 거실 바닥에 아이들과 나란히 앉아 종이를 나눕니다.
큰딸은 접는 선을 반듯하게 맞추며 신중하게 손을 움직이고, 둘째아들은 앞부분을 여러 번 눌러 각을 만들며 진지한 얼굴을 합니다. 막내딸은 접는 과정은 금세 흥미를 잃고 그냥 던져 보며 웃습니다.
같은 종이인데도 어떤 종이비행기는 거실 끝까지 미끄러지듯 날아가고, 어떤 것은 몇 걸음도 못 가 힘없이 바닥에 내려앉습니다. 아이들 사이에서 왜 내 건 안 날아가냐는 말이 오갈 때마다, 저도 자연스럽게 그 이유를 생각하게 됩니다.
던지는 힘의 차이일까 싶었지만, 힘을 비슷하게 줘도 결과는 늘 달랐습니다. 그 순간부터 종이비행기에는 멀리 날아가게 만드는 모양이 분명히 존재한다는 생각이 들었습니다.
궁금증
종이비행기는 왜 특정한 모양일 때 더 멀리 날아갈까요. 아이들은 빠르게 던지면 멀리 간다고 말하지만, 실제로는 천천히 오래 날아가는 비행기가 더 멀리 도착했습니다.
큰딸이 만든 비행기는 공중에서 비교적 안정적으로 떠 있었고, 둘째아들이 접은 비행기는 속도는 빠르지만 금세 아래로 향했습니다. 막내딸 비행기는 방향을 잡지 못하고 옆으로 돌다 떨어졌습니다.
이 장면을 반복해서 보다 보니 속도보다 중요한 요소가 따로 있다는 느낌이 들었습니다. 공기와 어떻게 만나는지가 결과를 좌우하는 것처럼 보였습니다.
실험
그래서 일부러 같은 A4 종이로 모양만 다른 종이비행기를 여러 개 접어 보았습니다. 날개가 넓은 것, 좁은 것, 앞부분이 두툼한 것과 얇은 것을 차례로 던져 보았습니다.
거실 끝에서 같은 위치에서 던졌을 때 가장 멀리 날아간 비행기는 날개가 지나치게 넓지도 좁지도 않은 형태였습니다. 앞이 너무 무거운 비행기는 금세 고개를 숙였고, 날개가 넓은 비행기는 공중에서 흔들리다 내려왔습니다.
큰딸은 가만히 날아가는 게 제일 멀리 간다고 말했고, 둘째아들은 바람을 잘 타는 게 중요하다고 표현했습니다. 아이들 말과 눈앞의 결과가 자연스럽게 이어지는 순간이었습니다.
원리
종이비행기가 멀리 날아가기 위해서는 공기 저항과 양력이 균형을 이루어야 합니다. 날개 위와 아래를 흐르는 공기의 속도 차이로 양력이 생기고, 이 힘이 비행기를 잠시 공중에 머물게 합니다.
하지만 날개가 너무 넓으면 공기 저항이 커져 속도가 줄어들고, 너무 좁으면 충분한 양력을 만들지 못합니다. 앞부분이 적당한 무게를 가지면 비행 방향이 안정되고, 전체 무게 중심이 맞아야 흔들림 없이 앞으로 나아갑니다.
국립과천과학관에서 공개한 항공 원리 교육 자료에서도 비행체의 형태와 무게 중심이 양력과 안정성에 직접적인 영향을 준다고 설명하고 있습니다. 한국항공우주연구원 역시 기초 항공 과학 자료를 통해 단순한 종이비행기조차 공기 흐름과 균형의 영향을 받는다고 안내하고 있습니다.
종이비행기는 세게 던질수록 멀리 간다는 이야기도 있지만, 실제로는 과한 힘이 오히려 균형을 깨뜨리는 경우가 많습니다. 멀리 나는 비행기는 빠르기보다 안정적인 상태를 오래 유지합니다.
이해
이제 종이비행기를 접을 때 예전처럼 아무 생각 없이 접지 않게 됩니다. 날개를 접으며 공기가 어떻게 흐를지 떠올리게 되고, 앞부분을 누르며 자연스럽게 무게 중심을 맞추게 됩니다.
큰딸은 자신만의 접는 방식이 생겼다고 말하고, 둘째아들은 던지는 각도를 바꿔 보며 결과를 비교합니다. 막내딸은 여전히 마음 가는 대로 던지지만, 날아가는 모습을 보며 즐거워합니다.
종이 한 장이 공기와 균형을 이루며 날아가는 모습을 보고 있으면 단순한 놀이 같지만, 그 안에는 꽤 정교한 원리가 숨어 있다는 생각이 듭니다. 여러분은 어릴 때 어떤 종이비행기가 가장 멀리 날아갔던 기억이 있으신가요. 그 모양을 한 번 천천히 떠올려 보셔도 재미있는 시간이 될 것 같습니다.