'베르누이의 원리'란?

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베르누이의 원리

 

과학의 여러 법칙 중에서 베르누이 원리(Bernoulli principle)는 그 응용도가 매우 많기로 유명하다. 또한 학교 과학시간에는 베르누이 원리를 자주 실험해보고 있다. 이 원리는 특히 비행기나 선박, 자동차를 설계할 때 매우 중요하게 여기고 있다. 이 원리에 잘 맞도록 설계되어야 비행기라든가 배가 효과적으로 빨리 달릴 수 있기 때문이다.

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비행기의 날개 단면(斷面)을 보면, 윗면이 약간 불룩하게 되어 있어, 아랫면보다 윗면의 폭이 길다. 그러므로 비행기가 앞으로 나아가면, 날개 윗면으로 흐르는 공기의 유속(流速)이 아랫면을 지나는 유속보다 빠르게 된다(그림 참조). 이처럼 유체가 운동할 때 기압이 낮아지는 현상을 '베르누이의 원리'라고 하는데, 한 마디로 말하면,

 

 

“기체나 액체의 흐르는 속도가 증가하면 그 부분의 압력이 낮아지고, 유속이 감소하면 압력이 높아진다.”

 

 

기체와 액체처럼 흐를 수 있는 물질을 유체(流體)라고 부르는데, 유체가 나타내는 이러한 성질을 처음 발견한 과학자는 네덜란드에서 태어난 스위스의 수학자 다니엘 베르누이(Daniel Bernoulli, 1700-1782)이다.

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물리학에서는 유체 속에서 일어나는 운동에 대한 연구를 ‘유체역학’ 또는 ‘유체동력학’(fluid dynamics)라 부른다. 야구 경기장의 투수는 공을 여러 가지 방법으로 회전시켜 던짐으로써 공이 곡선으로 날아가도록 한다. 이때도 공은 베르누이 원리에 의해 휘는 방향이 달라진다. 과학관에 가면 베르누이 원리를 응용한 전시물을 자주 볼 수 있다. 좁은 관 속으로 바람을 불어 물을 안개처럼 뿜도록 만든 분무기는 베르누이 원리를 잘 응용한 것이다.

 

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베르누이의 원리에 의해 좁은 관 속에서 나타나는 효과는 따로 ‘벤투리 효과’(Venturi effect)라 하고, 이러한 목적으로 만든 관은 ‘벤투리관’(Venturi tube)이라 한다. 이탈리아의 과학자인 벤투리(G. B. Venturi, 1746-1822)는 베르누이 원리를 응용하여 물이나 향수를 안개처럼 뿌리는 분무기를 처음 만들었다.

 

 

비행기가 빠른 속도로 수면 위로 지나가자, 비행기 아래 부분 수면의 기압이 낮아져 바닷물이 분수처럼 솟아오르고 있다.

 

 

비행기의 날개 단면을 보면 윗면이 불룩하여 아랫면보다 폭이 길다. 비행기가 전진하면 날개 윗면으로 흐르는 공기가 아랫면의 공기보다 빠르게 흐르게 되므로, 윗면쪽의 기압이 아랫면보다 낮아진다. 그 결과 비행기 날개는 기압이 낮은 윗면쪽으로 떠오르게 된다. 이것이 양력이다.

 

 

베르누이관 : 중간의 좁은 부분으로 유체가 지나가면 그 부분에서 유속이 빨라지므로 기압이 낮아져 액체 기둥의 높이(h)거 넞어잔더, 벤투리는 이 원리로 분무기를 처음 만들었다.

 

 

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