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비행 원리 Home > 조류의이해 > 조류의 이해 > 비행 원리

조류가 하늘을 날 수 있는 원리는 항공기의 비행원리와 유사하다. 비행 중인 물체는 4가지의 힘이 동시에 존재하는데, 위로 떠오르려는 양력과 아래로 내려가려는 중력, 앞으로 나아가려는 추진력과 마찰에 의한 항력에 의해 비행 정도가 결정된다. 비행하는 물체는 위로 떠오르기 위한 양력이 중력보다 커야만 공중에 떠 있을 수 있으며, 앞으로 나아가려는 추진력이 공기마찰 등에 의한 항력보다 더 커야만 한다. 따라서 양력과 추진력이 좋은 새는 쉽게 잘 날 수 있는 것이다.

[비행 중인 조류] 몸의 앞뒤 균형을 위해 머리와 부리의 무게에 맞게 뒤쪽으로 다리를 뻗고 있다. 좌우균형은 대칭을 이루고 있다.

[비행 중인 조류] 몸의 앞뒤 균형을 위해 머리와
부리의 무게에 맞게 뒤쪽으로 다리를 뻗고 있다.
좌우균형은 대칭을 이루고 있다.

1. 양 력: 비행이 가능하려면 지구의 중력에 반하는 힘 즉, 양력이 있어야 하는데 조류는 날개짓을 통해 양력을 만들어낸다. 양력을 만들어내는 원리는 에어포일(airpoil) 즉 날개의 단면과도 관련이 있는데, 위쪽은 둥글고 아래쪽은 평탄하면 같은 공간을 흐르는 공기의 흐름이 날개 윗면이 더욱 빨라지면서 압력이 낮아져 몸체를 위쪽으로 끌어올리게 된다.
2. 중 력: 중력은 지구 중심에서 끌어당기는 힘이다. 모든 물체는 중력의 지배를 받으므로 날아다니는 새도 역시 중력에 의해 아래로 당겨진다. 떠오르려는 양력이 중력보다 작다면 결코 날아다닐 수 없다.
3. 추진력: 앞으로 나아가려는 힘으로, 날개짓을 통해 앞으로 전진한다. 조류는 비행기처럼 추진기를 달고 있지 않으므로 날개를 들어올리면서 앞으로 내밀고 몸이 따라가는 형식을 취하여 비행하게 된다.
4. 항 력 :공기의 마찰이나 관성 등 앞으로 추진함에 있어 나아가지 못하게 방해하는 힘이다.

양력의 발생원리와 새의 날개 단면

베르누의 원리에 의한 양력 발생.중심선을 기준으로 날개의 윗면이 둥글고 아랫면의 길이가 짧다면 양력이 발생한다.

베르누의 원리에 의한 양력 발생.
중심선을 기준으로 날개의 윗면이
둥글고 아랫면의 길이가 짧다면
양력이 발생한다.

실제 조류의 날개는 위의 그림과 같이 양력을 많이 받을 수 있는 형태를 취하고 있다. 날개의 위아래를 살펴보면, 윗면은 둥글게 되어있고, 아랫면은 이보다 납작한 형태를 취하고 있음을 볼 수 있다. 날개의 뒤쪽은 뾰족한 상태로 되어있어 보다 큰 양력을 얻을 수 있다.

실제 조류의 날개 윗면 모양(왜가리). 아랫면보다 훨씬 더 큰 각을 이루고 있다

그림 [실제 조류의 날개 윗면 모양(왜가리). 아랫면보다 훨씬 더 큰 각을 이루고 있다]

보다 큰 양력을 얻기 위해 각 깃털은 유선형으로 앞쪽이 더 두텁고 뒤는 얇은 형태를 취하며, 날개깃의 면은 빈틈없이 메워져 있다

그림 [보다 큰 양력을 얻기 위해 각 깃털은 유선형으로 앞쪽이 더 두텁고 뒤는 얇은 형태를 취하며, 날개깃의 면은 빈틈없이 메워져 있다.]

날개의 길이와 폭

날개의 길이와 폭은 비행시 항력에 영향을 미치는데, 날개가 길면서 폭이 좁을 경우 비행에 유리하다. 날개끝에는 공기의 흐름이 갑자기 바뀌므로 공기소용돌이가 발생하고 날개를 아래로 내리누르는 공기의 흐름이 발생하는데, 큰 날개를 가진 조류의 경우 날개끝에서 발생하는 기류를 분산시키기 위해 날개깃이 갈라져 있는 경우가 많다. 반면 빠른 비행을 하는 조류의 경우 날개끝은 뾰족하고 끝이 갈라지지 않은 것을 볼 수 있다. 따라서 가로세로비가 작을수록 날개 전체의 항력은 더욱 커지므로 날개가 넓고 짧은 것보다는 길고 폭이 좁을수록 비행에 유리하다.

넓고 큰 날개를 가진 독수리. 날개끝의 깃이 갈라져 기류를 분산시켜 보다 쉽게 날 수 있도록 되어 있다. 활공비행에 적합하다. 빠르게 나는 새홀리기의 날개. 끝이 뾰족하고 폭에 비해 길이가 길어서 빠른 비행에 적합하게 되어 있다

①넓고 큰 날개를 가진 독수리. 날개끝의 깃이 갈라져 기류를 분산시켜 보다 쉽게 날 수 있도록 되어 있다. 활공비행에 적합하다.
②빠르게 나는 새홀리기의 날개. 끝이 뾰족하고 폭에 비해 길이가 길어서 빠른 비행에 적합하게 되어 있다.

상승을 위해 날개깃을 조절한다.

조류는 엔진이 없으므로 공기를 아래로 내려보내는 힘으로 공기 중으로 떠오를 수 있다. 날개를 들어올릴 때에는 날개깃을 세로로 세워 공기의 저항을 줄인 채 날개를 위로 들어올린다(왼쪽 제비 사진). 그러나 들어올린 날개를 아래로 내릴 때에는 일제히 깃을 닫아 넓은 막을 만들어 공기저항을 최대로 높여서 몸을 위로 떠오르게 한다(오른쪽 왜가리 사진).

상승을 위해 날개깃을 조절한다.

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