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지구온난화로 비행기 이륙이 어려워진다고? 목록

조회 : 16947 | 2014-12-09

사이언스 화면

지난 11월 25일자로 사이언스 인터넷판에 올라온 ‘지구온난화는 비행기의 이륙을 더 어렵게 만든다’는 제목의 기사 화면 캡처. / 이미지 출처 : sciencemag.org

 

지난 11월 25일 사이언스 인터넷판에 올라온 기사 화면입니다. ‘지구온난화는 비행기의 이륙을 더 어렵게 만든다(Warming world could make it harder for planes to take off)’는 제목이 붙어있습니다. 실제 미국 내 공항을 대상으로 조사한 결과 이미 기온에 따라 이륙을 위한 무게제한(승객과 화물을 포함한 전체 항공기의 무게)에 걸린다며 지구온난화가 전 세계 항공 산업에 큰 영향을 미칠 거라는 연구결과가 담겨있었습니다. 물론 지구촌이 이산화탄소감축운동을 벌이고 있음을 감안했지만 2050~2070년 사이에는 항공기가 무게제한 때문에 이륙하지 못하는 경우가 훨씬 많아질 것이라는 예측도 하고 있답니다.

그래서 이번 주 따끈따끈 과학에서는 지구온난화가 항공기 이륙에 왜 영향을 미치는지 알아볼까 합니다.

 

* 알아보기

- 항공기가 이륙하는 원리는?

- 지구온난화와 항공기 이륙 무슨 상관이 있을까?

 

* 생각 키우기

과학시간에 배운 밀도에 대해 정리해 봅시다.

 

 

항공기가 이륙하는 원리는?

항공기는 손님을 태운 후 서서히 움직여 활주로 끝에서부터 달리기 시작합니다. 비행기를 위로 밀어 올리는 힘, 양력은 비행기가 정지해 있을 때에는 생기지 않습니다. 비행기가 일정 속도 이상으로 움직일 때만 자신의 무게를 이기는 양력이 발생합니다.

 

비행기 날개 윗면이 볼록하고 아랫면이 평평해 날개 위아래에서 공기가 다른 속도로 흐릅니다. 윗면의 공기가 아랫면 공기의 속도보다 빠르게 흘러 윗면의 기압이 아랫면보다 작아져 비행기가 앞으로 달리는 속도가 커지면 자연스럽게 비행기 날개를 위로 밀어 올리는 힘 양력이 발생한답니다.

 

그래서 활주를 시작한 비행기는 서서히 엔진을 가동해 ‘추력(비행물체를 진행방향으로 밀고 나아가는 힘)’을 높이면 속도가 증가하고 공기가 날개를 밀어 올리는 힘인 ‘양력’도 커지면서 상승할 수 있게 된답니다. 상승 중 수평꼬리날개의 승강키를 올려 꼬리날개의 양력을 감소시키면 상대적으로 주날개의 양력이 커져 비행기 동체의 앞부분이 위를 향하게 되고요.

 

엔진을 가동해 얻어지는 앞으로 나아가는 힘, 추력공기저항으로 뒤쪽으로 생기는 힘인 항력보다 커야 비행기는 계속 앞으로 나아갈 수 있어요. 또 비행기의 속도를 올리면서 공기가 날개를 밀어 올리는 힘인 양력이 얻어지는데, 이 양력이 아래쪽으로 끌어당기는 힘인 중력보다 커야 계속 위에 떠 있을 수 있습니다. 만약 양력이 중력보다 계속 커지기만 한다면 비행기는 수평을 유지한 채 나가지 못하고, 위로만 올라가게 되고 또 양력이 중력보다 작다면 비행기는 추락하게 되겠지요. 추력이 항력보다 작거나 같으면 비행기는 앞으로 나아갈 수 없게 된답니다. 비행기는 이처럼 네 가지 힘이 균형을 이뤄야만 수평비행도, 이륙할 때처럼 상승할 수도 있게 된답니다.

 비행기

 이륙하는 비행기에 작용하는 4가지 힘. 앞으로 나아가게 하는 추력은 엔진에서 얻고, 비행기 동체를 위로 밀어 올리는 양력과 항공기 무게에 비례해 아래로 잡아당기는 힘 중력 그리고 앞으로 전진하면서 행기는 공기의 저항인 항력은 비행기 뒤쪽으로 생깁니다. / 비행기 사진 출처 : 퍼블릭도메인(wikipedia.org)

 

 

 

지구온난화와 항공기 이륙 무슨 상관이 있을까?

이렇게 비행기 엔진 가동으로 얻는 추력과 공기의 저항에 의해 생기는 항력 그리고 중력 또 비행기를 밀어 올리는 양력 등 네 가지 힘으로 인해 이륙이 가능한데, 지구온난화는 비행기 이륙과 무슨 상관이 있단 말일까?

사이언스 인터넷판에서는 ‘지구온난화는 전세계 항공산업에 큰 영향을 미치게 될 것이라며 공항의 활주로가 지금보다 길어지거나 승객과 화물량을 포함한 비행기의 전체무게를 줄여야만 안전한 이륙이 가능하다’라고 말하고 있습니다.

이 말을 풀어서 이해해 볼까요?

우리는 과학시간에 기체는 온도가 높아지면 부피가 팽창하고, 밀도가 낮아진다는 걸 배워서 알고 있습니다. 당연히 날씨가 따뜻해지면 공기의 밀도가 떨어지게 되겠지요. 단위 부피 중에 포함된 공기의 질량, 밀도가 떨어지면 비행기 날개 아래로 흐르는 공기의 양이 적어져 양력(물체를 밀어 올리는 힘) 또한 낮아지는 것이지요. 양력이 떨어지면 그만큼 비행기 자체의 무게를 줄이거나 화물량이나 승객수를 줄여 전체 무게를 줄여야만 아래로 미치는 중력을 줄여야 이륙이 가능해진다는 소리지요.

비행기가 비행할 수 있는 고도제한이 있는 이유는 공기의 밀도에 영향을 받기 때문입니다.

 

또 다른 방법으로는활주로를 길게 만들어 해결할 수도있습니다. 활주로를 늘리면 이륙에 필요한 속도를 낼 수 있으니까요.

하지만 전문가들은 공기역학적인 새로운 비행기를 만드는 것도 필요하다고 지적합니다. 대부분의 공항들이 활주로를 더 늘리기가 어렵고, 그렇다고 늘어나는 항공 화물과 여행객들을 제한하기는 현실적으로 더 어려우니까요.

지구온난화가 항공 산업에 직접적인 영향을 끼친다는 이 연구결과여서 이에 비행기 제작사들과 항공사들이 어떻게 대처하게 될지 벌써 궁금해집니다.

 활주로

비행장의 활주로. 지구온난화로 인해 비행기 이륙에 문제가 생길 수 있는데 항공기의 자체 무게를 줄이거나 활주로를 더 길게 만드는 방법이 현실적인 대안이랍니다. 또 새로운 공기역학적 비행기를 만드는 방법도 제시되고 있습니다. / 이미지 출처 : by James Humphreys - SalopianJames-CC-BY-SA-2.0(Wikipedia.org)

 

 

 

* 생각 키우기

과학시간에 배운 밀도에 대해 정리해 봅시다.

밀도는 부피의 단위 당 질량을 나타내는 값입니다.

 

ρ는 물체의 밀도 (킬로그램 매 세제곱미터)

m는 물체의 전체 질량 (킬로그램)

V는 물체의 전체 부피 (세제곱미터)

 

보통 밀도는 압력이나 온도가 바뀌면 따라 바뀝니다. 압력이 증가하면 물질의 밀도는 증가하고, 온도가 증가하면 보통은 밀도가 낮아지지만 약간의 예외는 존재합니다. 이 예외에 대해서는 관심이 있는 사람들은 찾아보는 것도 좋겠습니다(물은 온도에 따라 약간의 예외가 존재).

대기는 아래 표처럼 온도가 상승하면 밀도가 낮아지는 것을 볼 수 있습니다.

 

[대기의 밀도]

T(°C)

ρ(kg/m³, 1 atm)

–10

1.342

–5

1.316

0

1.293

5

1.269

10

1.247

15

1.225

20

1.204

25

1.184

30

1.164

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운동 , ,지구온난화
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