좁은 곳에서 더 빠르게, 베르누이 원리

서론

푸른 하늘을 마음껏 날아가는 비행기를 보며 '어떻게 저렇게 무거운 물체가 하늘에 떠있을 수 있을까?'에 대해 생각해 본 적이 있으신가요? 일반적으로 사과를 앞으로 던져도 지구의 중력에 의해 아래로 떨어지게 되는데 사과보다 무거운 비행기는 어떻게 가능할까? 이번에는 베르누이 법칙에 대해 알아보겠습니다.

 

베르누이 법칙이란?

베르누이 법칙은 18세기 스위스의 베르누이에 의해 제안되었습니다. 베르누이 법칙은 유체의 흐름에 따른 압력과 속도의 관계를 설명하는데, 베르누이 방정식은 유체의 흐름이 일정할 때 압력, 속도, 위치에너지 사이의 관계를 나타냅니다. 베르누이 법칙은 4가지의 전제 조건이 필요한데 정상적인 유동상태, 비압축성 유동, 점성력 없음, 유선에 따라 움직인다는 조건이 필요합니다. 그래서 일반적인 상황에서 베르누이 법칙보단 원리가 더 맞는 표현입니다. 베르누이 원리에서 넓은 곳을 통과하는 유체는 느린 속력으로 움직이며, 압력이 증가하는 반면, 좁은 곳을 통과하는 유체는 빠른 속력으로 움직이며, 압력이 감소합니다.

베르누이 법칙(원리)

 

베르누이 원리 활용

베르누이의 원리를 이용해 많은 상황에서 응용되고 있습니다.

1. 항공 역학 : 비행기를 날게 하기 위해 날개에 양력을 생성하는 원리로 날개 위쪽의 공기속도를 빠르게 하여 압력을 낮추고, 날개 아래쪽의 공기 속도를 느리게 하여 압력을 높여 비행기를 뜨게 만듭니다.

2. 배관 : 배관을 통해 물이나 가스가 흐를 때 베르누이의 원리를 이용해 설계합니다.

3. 날개 없는 선풍기 : 아래쪽의 공기 흡입구에서 공기를 흡입하여 원통의 고리로 공기를 보낸 후 원통의 고리에서 소량의 바람을 불어나게 하면 원통의 고리에 빨라진 공기 속력이 낮은 압력을 만들게 되어 공기는 높은 압력에서 낮은 압력 쪽으로 움직이기 때문에 더 강한 공기가 형성되어 날개 없는 선풍기가 만들어지는 것입니다.