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1. 종이비행기 연구
1.1. 서론
어릴 적 날리던 종이비행기를 어떻게 하면 더 오래 날릴 수 있을지에 대하여 궁금증을 표하던 도중, '자연과학의 이해와 탐구'라는 교양과목의 프로젝트로 '체공시간이 긴 종이비행기 접기'를 시도하게 되었다. 체공시간이 긴 종이비행기를 접기 위해 여러 자료를 참고하다보니 어릴 적 장난치며 접어 날리던 종이비행기가 여러 논리적인 요소로 인해 하늘을 날 수 있음을 알게 되었다. 종이비행기는 날개의 각도, 무게, 크기, 날개의 면적, 종이비행기의 무게중심, 종이의 재질, 종이의 종류, 던지는 방법, 종이비행기를 접는 방법 등의 여러 요소들의 변화에 따라 체공시간에 변화가 생긴다. 이러한 요소 중 몇 가지를 골라 체공시간이 긴 종이비행기를 접는 방법에 대한 연구를 시도하게 되었다.
1.2. 연구 목적
체공시간이 긴 종이비행기 날리기의 연구 목적은 다음과 같다.
첫째, A4용지와 신문지 중 A4용지로 접은 종이비행기의 체공시간이 더 길 것이라는 가설을 확인하는 것이다. 종이비행기는 날개의 각도, 무게, 크기, 날개의 면적, 종이비행기의 무게중심, 종이의 재질, 종이의 종류, 던지는 방법, 종이비행기를 접는 방법 등의 여러 요소들의 변화에 따라 체공시간에 변화가 생긴다. 이 중에서 A4용지와 신문지의 재질 차이에 따른 체공시간의 변화를 확인하고자 한다.
둘째, 종이비행기를 바닥과 수평으로 날리는 것보다 45도 기울여 날리는 것의 체공시간이 더 길 것이라는 가설을 확인하는 것이다. 베르누이 정리에 따르면 비행기가 바닥과 수평인 것보다 약간 기울여 대각선을 이루어야 더 적은 공기저항을 받게 되어 체공시간이 늘어날 것으로 예상된다. 이를 실험을 통해 확인하고자 한다.
즉, 이 연구의 목적은 종이비행기의 체공시간을 최대화할 수 있는 방법을 찾아내는 것이다. 이를 위해 종이의 재질과 던지는 각도를 달리하여 실험을 진행하고, 그 결과를 분석하여 체공시간이 가장 긴 종이비행기를 만들어내는 것이 목표라고 할 수 있다.
1.2.1. 가설1: A4용지와 신문지 중 A4용지로 접은 종이비행기의 체공시간이 더 길 것이다.
종이비행기를 접을 때 A4용지가 신문지보다 체공시간이 더 길 것이다. 이는 종이비행기의 접기 과정에서 A4용지가 신문지보다 빳빳한 재질이기 때문이다. 종이비행기를 접는 과정에서 접힌 선이 명확하게 잡혀야 공기의 흐름을 잘 타고 올라갈 수 있다. 따라서 상대적으로 신문지보다는 A4용지로 접은 종이비행기가 체공시간이 더 길 것으로 예상된다.
1.2.2. 가설2: 종이비행기를 바닥과 수평으로 날리는 것보다 종이비행기를 45도 기울여 날리는 것의 체공시간이 더 길 것이다.
종이비행기를 45도 기울여 날리는 것의 체공시간이 더 길 것이다.
베르누이 정리에 따르면, 비행기가 공기 중을 날아갈 때 날개 위쪽의 유속이 날개 아래쪽의 유속보다 빨라지면서 날개 아랫면의 압력이 상대적으로 높아지게 된다. 이로 인해 양력이 발생하여 비행기가 공중에 뜰 수 있게 된다. 이때 날개의 기울기가 중요한데, 날개를 바닥과 수평으로 놓는 것보다 약 45도 정도 기울여 놓는 것이 양력을 극대화할 수 있다.
45도 정도의 각도로 기울여 놓으면 날개 윗면과 아랫면의 압력 차이가 크게 발생하여 양력이 크게 발생하게 된다. 반면 수평으로 놓는 경우에는 날개 윗면과 아랫면의 압력 차이가 상대적으로 작아져 양력이 작게 발생하게 된다. 따라서 종이비행기를 45도 기울여 날리는 것이 수평으로 날리는 것보다 체공시간이 더 길 것이다.
실제로 실험 결과에서도 바닥과 수평으로 던진 종이비행기의 체공시간이 평균 1.223초인 데 반해, 45도 기울여 던진 종이비행기의 체공시간은 평균 3.0175초로 더 길게 나타났다. 이는 약 2.5배 정도의 차이를 보이는 것이다.
따라서 "종이비행기를 바닥과 수평으로 날리는 것보다 종이비행기를 45도 기울여 날리는 것의 체공시간이 더 길 것이다"라고 할 수 있다.
1.3. 연구의 이론적 배경
베르누이 정리를 바탕으로 비행기가 양력의 도움을 받아 비행기의 윗부분과 아랫부분의 유속차로 인해 공기압의 차이가 생긴다. 이로 인하여 공기의 흐름은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되고 비행기의 날개 밑 부분의 기압이 증가하게 되고 이는 비행기가 뜨는 원리가 된다. 즉, 날개의 윗부분을 지나는 공기의 유속이 빠르고 아랫부분을 지나는 공기의 유속이 느려 날개 아랫부분의 압력이 높아지게 되면서 이 압력차에 의해 양력이 발생하여 비행기가 공중으로 뜨게 되는 것이다.
1.4. 연구 방법
연구 방법은 다음과 같다.
크기는 A4용지 크기로 고정하고, 종이비행기를 접는 방법은 통일하였다. 먼저 신문지와 A4용지를 준비하고 신문지를 A4용지 크기와 동일하게 자른다. 그 후 종이를 긴 쪽으로 절반으로 접고, 짧은 쪽으로 절반을 접는다. 짧은 방향의 4분의 1 부분을 접...
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