낙하산
Parachute
낙하산을 펴면 왜 사람은 돌처럼 점점 빨라지지 않고 일정한 빠르기로 천천히 내려올까요?
무슨 일이 일어났나
떨어지는 물체는 빨라질수록 공기가 거꾸로 미는 힘(끌림, 공기 저항)이 커집니다. NASA 는 끌림이 무게와 같아지면 알짜힘이 0 이 되어, 그 뒤로는 일정한 빠르기(종단 속도)로 떨어진다고 설명합니다.
시뮬레이터에서 0.1 kg 장난감을 20 m 에서 떨어뜨리면, 공기 저항이 없을 때는 2.02 초 만에 19.8 m/s 로 땅에 닿습니다. 공기 저항 계수 0.05 kg/m 인 작은 낙하산을 달면 4.43 m/s 에 머물러 4.83 초가 걸립니다.
공기 저항 계수를 네 배(0.2 kg/m)로 키우면 종단 속도는 절반인 2.21 m/s 가 됩니다. NASA 도 단면이 크거나 끌림 계수가 큰 물체가 더 천천히 떨어진다고 합니다.
NASA 의 화성 탐사 로버 퍼서비어런스는 다 펴면 폭 21.5 m 가 되는 낙하산을 썼고, 이 낙하산은 1 초도 안 걸려 펴졌습니다.
📸 진짜 모습
불러오는 중…📸 사진오리온 우주선 모형이 주황 · 흰 줄무늬의 주 낙하산 세 개를 펼치고 미국 애리조나 하늘을 내려옵니다.
출처: NASA/JSC · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗
💡 생활 속 예시
- 바람 부는 날 우산을 펴 들고 걸으면 우산이 공기를 받아 뒤로 끌려가는 것이 느껴집니다 — 낙하산 덮개가 받는 것과 같은 공기 저항입니다.
- 교실에서 종이 한 장을 펼친 채 떨어뜨리면 하늘하늘 천천히 내려오지만, 똑같은 종이를 꽉 구겨 떨어뜨리면 훨씬 빨리 떨어집니다.
어떤 부품이 무엇을 하나
- 덮개(캐노피) — 넓은 천이 공기를 받아 끌림(공기 저항)을 크게 만듭니다.
- 줄 — 덮개와 매달린 사람 · 짐을 이어, 무게가 덮개에 고르게 걸리게 합니다.
- 매달린 사람 · 짐 — 무게로 아래로 당깁니다. 같은 덮개라면 무거울수록 종단 속도가 빨라집니다.
- 펴기 전에는 끌림이 작아 거의 자유 낙하처럼 점점 빨라집니다.
- 덮개가 펴지면 넓은 면이 공기를 받아 끌림이 갑자기 커집니다.
- 끌림이 무게보다 커서 느려지다가, 끌림과 무게가 같아지는 빠르기에 이릅니다.
- 알짜힘이 0 이 되어 그 빠르기(종단 속도)로 고르게 내려와 땅에 닿습니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 과학(중학교) · 힘의 작용 [9과05-03]
- 잉글랜드 · KS3 Physics: Forces
출처
이어서 보기
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