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섭섭박사님은 친구들과 함께 공원으로 산책을 나갔어요. 잠깐 쉴 겸, 공원 벤치에 앉아 물병 속 물을 마시려는 순간, 공원에 걸린 ‘날개 없는 비행기 콘테스트’ 현수막이 눈에 들어왔어요! 섭섭박사님은 손에 들고 있던 물병을 번쩍 들었지요. “물병으로 비행기를 만들어서 콘테스트에 나가볼까?!”

● 어떻게 된걸까?
→결과 : 비행기가 빠르게 회전하며 하늘을 유유히 난다.

회전하며 나아가는 컵의 위쪽에 부딪히는 공기는 컵과 회전방향이 같기 때문에 공기가 빠르게 흐르면서 상대적으로 압력이 낮아져요. 반대로 컵의 아래쪽은 공기가 느리게 흐르며 압력이 높아진답니다. 이러면 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 향하는 힘이 생기는데, 이 힘을 ‘마그누스 힘’이라고 불러요. 이 실험에선 컵이 위쪽 방향으로 마그누스 힘을 받기 때문에 하늘을 날 수 있지요.

화석 연료가 사용되기 전, 배는 바람을 동력으로 이용해 움직였어요. 그래서 대부분의 배들은 범선처럼 커다란 돛을 달고 항해를 했지요. 하지만 돛은 크기가 클 뿐만 아니라, 돛을 접고 펴는 일 또한 번거로웠어요. 이 때문에 화석 연료가 개발된 후의 배들은 바람보다는 엔진의 힘으로 프로펠러를 돌려 항해를 했지요.

그런데 최근, 화석 연료에 의한 환경오염 문제가 심각해지면서 다시금 바람으로 움직이는 배에 대한 관심이 생기고 있어요. 독일의 풍력 에너지 기업인 ‘에너콘’이 제작한 ‘E-ship 1’이나 핀란드의 선박회사 ‘바이킹 라인’이 만든 ‘MS 바이킹 그레이스’가 대표적이랍니다. 이 배들은 돛이 아닌, 커다란 원통을 달고 있지요. 이 원통은 ‘로터 세일’이라고 불리는 새로운 형태의 돛으로, 마그누스 힘을 이용해 배를 움직인답니다.

‘E-ship 1’에는 지름 4m, 높이 27m의 거대한 원통 4개가 달려 있어요. 이 원통이 회전하면서 만든 마그누스 힘이 배를 움직이지요. 다만, 마그누스 힘만으로는 배를 빠르게 움직이지 못하기 때문에 화석 연료를 이용한 엔진과 함께 사용한답니다. 시험 운항을 해 본 결과, 다른 선박들에 비해 화석 연료를 25% 정도 덜 사용한 것으로 나타났지요. 또한 최근 ‘MS 바이킹 그레이스’ 역시 로터 세일을 장착해 연간 900t 정도의 이산화탄소 배출을 줄이겠다는 계획을 발표했답니다.

● 어떻게 된걸까?
→결과 :  프로펠러가 꽂힌 막대가 하늘로 날아오른다.

위 실험에서 만든 프로펠러가 날아오르는 원리는 헬리콥터의 원리와 비슷해요. 헬리콥터는 프로펠러를 빠르게 회전시켜 생기는 양력으로 떠오르지요. 그래서 활주로가 없는 곳에서도 비행이 가능하며, 수직으로 이륙과 착륙을 할 수 있다는 장점이 있답니다.

헬리콥터의 프로펠러를 보면 살짝 경사가 있는 것을 볼 수 있어요. 프로펠러가 빠르게 회전하면 위쪽의 공기가 경사를 타고 아래로 내려가지요. 이로 인해 날개 위 아래에 기압차가 생기고 양력이 발생하는 거랍니다. 또한 프로펠러의 기울기를 조절하면 비행 방향과 속도를 바꿀 수 있어요.