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1번째 줄: {{다른 뜻\|태양력\|힘의 종류\|달력}} [[파일:Boeing 747-8 N747EX First Flight.jpg\|thumb\|이륙하는 [[보잉 747]] ]] ~~[[그림:Aeroforces.svg\|thumb\|300px\|유체 속에서 움직이는 물체에 작용하는 기계적인 힘]]~~ '''양력'''은 [[물체]]의 주위에 [[유체]]가 흐를 때 물체의 표면에서 유체의 흐름에 대하여 수직 방향으로 발행하는 [[역학 (물리학)\|역학적]] [[힘 (물리학)\|힘]]이다.<ref name="나사">[http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/lift1.html What is Lift], [[NASA]]</ref> ==개요== '''양력'''(揚力, lift)은 [[고체]]가 [[유체]] 속에서 움직일 때 생성되는 기계적인 힘의 일종이다. 많은 형태의 물체가 양력을 발생시킬 수 있기는 하지만, 양력과 관련하여 가장 널리 알려진 형상은 '''에어포일(airfoil)'''이다. [[항공기]]의 날개는 에어포일 중 비교적 납작한 형태의 예라고 할 수 있다. [[파일:Aeroforces ko.svg\|thumb\|350px\|항공기 날개에 작용하는 힘]] 일반적으로 유체 내에서 움직이는 모든 물체는 임의 방향의 [[항력]]을 받고, 물체의 모양이 비대칭일 경우 유체의 흐름에 수직하는 양력을 받는다.<ref name="유체역학">Munson 외, 윤순현 외 역, 《유체역학》, 제6판, 교보문고, 2010년, ISBN 978-89-93995-72-5, 615쪽</ref> 그림과 같은 고정익기의 날개 단면을 [[익형]](翼型)이라고 하는데<ref>국립국어원, 표준국어대사전</ref>, 익형으로 된 날개는 항력보다 훨씬 큰 양력을 발생시킨다.<ref>Aerodynamics, Clancy, L.J. (1975), Section 4.8, Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0. Section 5.2</ref> 물체의 모양이 익형이 아니더라도 양력이 발생하지만, 발생한 양력에 비해 항력이 훨씬 커 [[항력 지수]]가 높게 되고, 결국 양력의 작용은 미미한 수준에 그치게 된다.<ref>[http://www.efluids.com/efluids/bicycle/bicycle_pages/blunt.jsp#bluff Drag of Blunt Bodies and Streamlined Bodies]</ref> 익형은 양력의 발생을 극대화하기 위해 특별히 고안된 형태<ref name="유체역학" />로서 양력 이외에도 [[추력]], [[항력]], [[중력]]이 작용한다.<ref name="나사"/> 비행기의 날개는 위쪽이 부풀어 있는데 이는 양력을 내기 위한 것이다. 이러한 형태는 위쪽에서 공기의 흐름이 더 빨라져 저압을 형성하게 되고, 아래쪽에는 공기의 흐름이 느려 고압을 형성시켜 위쪽으로 뜨게 만든다. 양력은 물체에 대해 외부 유동이 흐르는 방향과 수직한 방향으로 작용하는 [[유체역학]]적 힘의 총합이다. 고정익기의 날개 뿐만아니라 [[헬리콥터]]의 로더, [[범선]]의 돛, [[요트]]의 바닥에 설치된 [[킬 (선박)\|킬]], [[자동차 경주]]에 참가한 경주용 자동차에 달린 날개, [[터빈]]의 날개 등 유체가 있는 곳이라면 어디서든 위의 네 가지 힘이 작용한다. 일반적으로 양력이라고 하면 중력을 거슬러 떠오르게 하는 힘을 뜻하지만, [[유체 역학]]에선 유체의 흐름에 수직방향으로 작용하게 되는 힘을 양력이라고 한다. 예를 들어 고정익기의 날개에 작용하는 양력은 중력과 반대 방향에 놓이게 되지만 요트의 킬은 중력과 무관한 작용을 한다.<ref>Aerodynamics, Clancy, L.J. (1975), Section 4.8, Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0. Section 14.6</ref> '''동적 양력'''(dynamic lift)이라는 용어도 쓰이는데, 이는 유체 내에서의 물체의 움직임으로 인한 양력을 표현하는 용어이다. 이와 대립되는 용어인 '''정적 양력'''(static lift)은 '[[부력]](buoyancy)에 의한 힘'이다. == 익형에서 발생되는 양력 == 양력은 항공기의 날개와 관련해서만 널리 알려져 있지만, 양력의 예는 매우 다양하여, 항공기나 배의 [[프로펠러]], [[헬리콥터]]의 날개, 돛단배의 돛과 용골(龍骨), 경주용 자동차의 날개, [[풍차]] 등과도 관련된다. 익형에서 발생하는 양력에 대해서는 다양한 수준의 이론으로 설명이 가능하다. 그 가운데는 정확하지 않은 설명도 있다. 예를 들어, 익형의 윗쪽의 길이가 길고 아랫쪽은 짧기 때문에 유체가 양쪽을 같은 시간에 지나게 되면 상대적으로 경로가 긴 윗쪽의 흐름이 빨라져 압력이 낮아지므로 양력이 발생하게 된다고 설명하는 것이 잘못된 설명의 대표적 예이다.<ref>[http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html Incorrect Lift Theory]</ref> 여기서는 [[뉴턴의 운동 법칙]]과 [[베르누이 방정식]]을 이용하여 양력의 발생을 설명하고자 한다. === 뉴턴 운동 법칙과 양력 === ~~{{토막글\|물리학\|공학}}~~ [[파일:Airstreams around an airfoil in a wind tunnel.jpg\|thumb\|익형 주위의 공기 흐름 변화]] ==== 편향의 발생 ==== 익형에서 발생하는 양력은 유체와 물체 사이에서 발생하는 압력으로 설명될 수 있다. 비행기의 날개를 생각해 보면, 공기의 흐름이 날개에 부딪힐 때 발생하는 압력이 날개에 양력을 부여하게 되고 그 [[뉴턴 운동 법칙#제3법칙: 작용과 반작용의 법칙\|반작용]]으로 공기는 흐름이 아래쪽으로 바뀌는 편향이 생긴다.<ref>Weltner, Klaus; Ingelman-Sundberg, Martin, [http://user.uni-frankfurt.de/~weltner/Flight/PHYSIC4.htm Physics of Flight – reviewed]</ref> 이 설명은 [[뉴턴 운동 법칙]] 가운데 제2 법칙인 가속도의 법칙과 제3 법칙인 작용 반작용의 법칙에 따른 것이다.<ref> Feynman, Richard P.; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew (1963), The Feynman Lectures on Physics, Reading, Mass.: Addison-Wesley, ISBN 0-201-02116-1, Vol. 1, §10–1 and §10–2.</ref> 위의 설명을 유체의 관점에서 다시 살펴보면, 공기가 익형 주위를 흐르는 동안에 흐르는 방향이 바뀌게 되고, 흐름이 바뀌는 방향의 반대 방향으로 반작용 힘이 생긴다고 생각할 수 있다.<ref>[http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html "Lift from Flow Turning"]. NASA Glenn Research Center. Retrieved July 7, 2009.</ref> ==== 압력차 ==== 양력의 발생은 [[압력]]의 차이로도 설명이 가능하다. 압력은 단위 면적에 작용하는 [[변형력]]을 뜻한다. 유체 속에 놓인 익형에게 전달되는 변형력의 [[알짜힘]]은 각 부분마다 다르다. 이 때문에 힘의 편향이 일어나게 되고, 각 부분이 받는 압력 역시 달라지게 된다. 그 결과 익형의 볼록한 부분은 상대적으로 압력이 적은 상태가 되고 오목한 쪽은 압력이 높아져 양력이 발생한다.<ref>A uniform pressure surrounding a body does not create a net force. (See buoyancy). Therefore pressure differences are needed to exert a force on a body immersed in a fluid. For example, see: Batchelor, G.K. (1967), An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge University Press, pp. 14–15, ISBN 0-521-66396-2 </ref> 1754년 [[레온하르트 오일러]]는 [[뉴턴 운동 법칙]]의 제2법칙을 응용하여 아래와 같은 압력차 계산 공식을 정리하였다.<ref>Klaus Weltner, [http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/ajp/55/1/10.1119/1.14960 A comparison of explanations of the aerodynamic lifting force]</ref> :<math>\frac{\operatorname{d}p}{\operatorname{d}R}= \rho \frac{v^2}{R} </math> 위 식에서 R은 곡률의 반지름, p는 압력, ρ는 밀도, v는 속도를 나타낸다. 곡률의 반지름이 커져 유체의 흐름이 평탄해지면((R → ∞) 압력차(즉, 양력)은 0으로 수렴한다. ==== 받음각 ==== [[받음각]]은 유체의 흐름과 익형의 시위선이 이루는 각이다.<ref>윤선주, 《항공역학》, 성안당, 2012년, ISBN 978-89-315-0862-8, 76쪽</ref> 받음각이 변하면 유체의 흐름 변화도 변하여 결국 양력의 크기 역시 변하게 된다. == 베르누이 정리 == [[베르누이 방정식]]은 아래와 같다. :<math> {p \over \rho} + {v^2 \over 2} + gh = \mbox{constant} </math> :* <math> v </math>는 유선 내 한 점에서의 유동 속도 :* <math> g </math>는 중력 가속도 :* <math> h </math>는 기준면에 대한 그 점의 높이 :* <math> p </math>는 그 점에서의 압력 :* <math> \rho </math>는 유체의 밀도 이 방정식은 압력에너지와 운동에너지의 합이 일정하다는 것을 보여준다. 유체의 흐름은 익형의 윗 부분에서 빨라지고 아랫부분에서 느려지게 된다. 속도가 다른 두 흐름의 전체 에너지 합계는 베르누이 방정식에 따라 일정하므로 속도가 빠른 익형 윗 부분의 압력이 낮아지게 된다. 이와 같은 익형의 위아래 압력차가 양력이다. 실제 고정익기의 날개가 받는 양력은 날개 각 지점의 단면이 이루는 익형에서 발생하는 양력을 전체 날개의 면적으로 곱하여 계산할 수 있다.<ref>윤선주, 《항공역학》, 성안당, 2012년, ISBN 978-89-315-0862-8, 98-99쪽</ref> == 주석 == {{주석}} [[분류:유체역학]]

양력: 두 판 사이의 차이