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

오리온 우주선 모형이 주황 · 흰 줄무늬의 주 낙하산 세 개를 펼치고 미국 애리조나 하늘을 내려옵니다.불러오는 중…📸 사진

오리온 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.
  1. 펴기 전에는 끌림이 작아 거의 자유 낙하처럼 점점 빨라집니다.
  2. 덮개가 펴지면 넓은 면이 공기를 받아 끌림이 갑자기 커집니다.
  3. 끌림이 무게보다 커서 느려지다가, 끌림과 무게가 같아지는 빠르기에 이릅니다.
  4. 알짜힘이 0 이 되어 그 빠르기(종단 속도)로 고르게 내려와 땅에 닿습니다.

확인된 값

끌림(공기 저항)이 무게와 같아지면 알짜힘이 0 이 된다
drag = weight 출처
그때의 일정한 낙하 속도 = 종단 속도
terminal velocity 출처
종단 속도 식 V = √(2W ÷ (C_d · ρ · A))
V = sqrt(2W / (Cd rho A)) 출처
단면이 크거나 끌림 계수가 크면 더 천천히 떨어진다
larger area falls slower 출처
NASA 퍼서비어런스 화성 착륙 낙하산 — 다 펴지면 폭 21.5 m (70.5 ft)
21.5 m 출처
퍼서비어런스 낙하산은 1 초도 안 걸려 펴진다
1 s 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 힘의 작용 [9과05-03]
  • 잉글랜드 · KS3 Physics: Forces

출처

이어서 보기

같은 단원 · 탈것과 하늘

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