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<주제>: 열기구의 원리
<선정이유>
나는 특별히 열기구에 관심이 많은 편이다.
열기구에 대해 조사를 해보다가,
열기구의 관한 원리가 갑자기 궁금해지기 시작해서 탐구를 하게 되었다.
생각을 하다 보니 어떻게 하면 그렇게 무거운 열기구가 뜰지 궁금해지기도 했다.
그래서 열기구의 사진을 보았는데, 열기구 위의 풍선 쪽에 불이
나오는 기계가 있었다. 왜 하필 뜨거운 열이 나는 불이 있을까..?
이런 생각도 들었다. 내가 열기구를 만들 수는 없으니까 간단히, 만들 수 있는 방법을
인터넷에서 찾아보기로 하였다.
그런데 인터넷에서는 비닐봉지와, 솜, 알코올, 불, 굵은 철사, 에나멜선 등 조금 위험한 물건으로 실험을 해서,
좀 더 안전한 방법으로 실험을 할 수 없을까 생각해 보니까, 위험한
불 대신 따뜻하고도 뜨거운 드라이기의 바람으로 열기구를 만들어보기로 하였다.
비닐봉지를 열기구의 풍선으로 생각하고, 역시 뜨거운 불 대신 드라이기를 사용해보았다.
나는 이렇게 하여 이러한 동기로 인해 이 주제를 선정하게 되었다.
<기간>
탐구기간
탐구활동
8/12~13
열기구에 대해 조사를 해보기 시작함.
8/13~14
준비물을 준비해서 사진을 찍기 시작함.
8/14~18
사진관에 가서 사진을 찾아서,붙이고 내용을 요약해서 컴퓨터로 정리함.
<준비물>
검은 비닐 봉지, 드라이기, 테이프, 실
<관련 자료 정리>
열기구의 원리
더운 공기는 차가운 공기보다 비중이 가벼워 대기 중에서 상승작용을 한다.
이 원리를 이용하여 기구 안의 공기를 불로 데우면 비중이 가벼워지면서 하늘로 떠오르게 되고 바람의 흐름을 따라 공중비행을 하게 되는 것이 열기구다.
열기구의 특성
화려하고 중후한 멋을 지닌 레저스포츠이며 여러 사람이 함께 팀웍을 이루어 즐기는 스포츠이기 때문에 협동정신과 단결력을 키울 수 있다.
어느 항공스포츠 보다 안전하며 스스로 원리를 깨우칠 수 있는 종합 스포츠이다.
…(생략)
열기구종류
열기구) 커다란 공기 주머니의 아래부분이 뚫려 있어서, 그곳으로 강한 불꽃을 쏘아 올려 풍선 내부의 뜨거워진 공기의 부력을 이용하여 하늘로 떠오르며, 바구니와 탑승자를 매달고 하늘을 나는 풍선이다.
가스기구) 영화 "말괄량이 삐삐" 에서 삐삐가 타던 것으로 , 매우 큰 애드벌룬에 바구니를 매 달았다고 생각하면 된다. 공기보다 가벼운 헬륨가스의 부력을 이용하는 비행원리며,고도조종은, 올라가고 싶을 땐 모래를 뿌려서 장비무 게를 가볍게 하고, 내려가고 싶을 땐 풍선내부의 헬륨가스를 방출시키는 기 기구이다.
복합형기구) 열기구에 커다란 애드벌룬을 집어 넣은 꼴로서,열기구와 가스기구의 장 점만을 조합해 만들어진 기구이며, 일정량의 부력은 내부의 가스기구에 서 얻고, 나머지 부분의 부력을 열기구의 버너가 조절 해주는 형식의 기 구로, 대륙간 장거리횡단 기록비행에 자주 쓰이고, 1999년 3월, 지구일 주를 무착륙으로 성공한 기구가 복합형 기구이다. 가장 먼저 인류를 하 늘에 올려주었던 비행물체인 기구가, 가장 나중에 무 착륙 지구일주를 하였다고 한다. 가스기구와 복합형 기구는 주로 10여시간 이상 등의 장 시간 비행목적에 자주 적용되고, 2000년 현재 한국 내에는 존재치 않으 며, 장비가격과 운용 비용이 막대하다. 그러므로 일반적인 스포츠 비행 용으로 가장 많이 활성화 되어있는 부분이 열기구이다.
구피
구피는 지름이 약 20m, 표면적은 2,000m2 정도이고 바스켓까지 합한 높이는 약 30m, 전체무게는 230Kg, 부력은 600Kg정도 된다.
구피의 소재는 섭씨 150° 사이의 고온에서도 변형되지 않는 특수 폴리에스테르 조직으로 인장 강도가 떨어지지 않으면서 오랜 시간 공중에서 견딜 수 있는 천이여야 한다.
천을 방염, 방수, 코팅처리를 한 후 원단을 조각조각 이으면 구피가 완성된다. 조각과 조각 사이에는 웨빙 이라는 특수한 띠를 붙여서 안정성을 더욱 강화한다.
구피의 윗 부분은 고도를 조절 할 때 쓰이는 "립패널"이란 밸브가 장치되어 있고 밸브는 조정자가 조 작하게 끔 설치 되어있다.
연소장치
버너는 구피의 공기를 데우는 가장 중요한 역할을 한다. 대량의 열을 한번에 배출하며 안정적인 열 공급을 위해 제작 되어있다. 연료로는 일반적으로
L. P. G가스를 이용하고 있다. 기타장비로는 열기구에 바람을 공급하기 위한 송풍기를 비롯하여 망원경, 무전기, 고도계, 지도, G.P.S. 등을 이용한다.
탑승장치
바스켓은 구피 밑에 연결되어 사람이 타는 부분으로 가볍고 튼튼하며
충격에 강한 등나무를 이용한다.
등나무는 가공이 쉽고 착륙시 충격을 분산, 흡수하므로 완충재의
역할까지 함께 한다.
비상시에는 물에 빠질 수도 있으므로 방수 처리와 함께 안에 와이어를
넣어 특수 제작한다.
한국 열기구의 역사
우리 나라에 최초로 열기구가 소개 된 것은 1983년 주한 독일대사에 의해서였다.
2대의 독일기구가 들어와 경주에서 비행을 하였으며 이후 서울에서 홍보를 위한 계류행사를 마치고 다시 독일로 돌아갔다.
최초로 열기구를 국내에 소개한 한국인은 사업가 백 성기 씨에 의해서였다.
1984년 영국의 카메론 사로부터 77,000cuft, 8고어의 Viva 타입의 열기구 1대를 도입하여 비행을 시작하면서 한국의 열기구비행은 시작되었다.
1989년 4월 함 준식 씨에 의해 국내최초의 자작기구인 Falcon이 첫 비행에 성공하였으며 그해 12월 한국기구협회가 정식 발족되었다.
1991년 학생 열기구동아리인 항공대학교의 라퓨타가 결성되었고 이 후 열악한 환경 속에서도 몇몇 동호인들에 의한 국내, 외에서의 다양한 비행활동과 보급을 통하여 현재 20여기의 기구와 100여명의 인구가 비행을 즐기고있다.
열기구란? ??부력의 원리??에 의해 저절로 뜨게 만드는 것이다.
물속에 농구공을 넣으면 튀어 오른다. 그 이유는 농구공 속의 공기와 농구공 표면 고무의 무게 합이 농구공 부피만큼의 물보다 가볍기 때문이다. 즉, 주변 물질(공기)의 무게보다 가벼운 물질(데워진 공기)은 뜨게 되는 것이다.
0 °C 공기밀도는 1.3 Kg/m3
100°C 공기밀도는 0.95 Kg/m3 이다.
이는 가로, 세로, 높이가 각각 1m인 부피 안의 공기의 질량인 것이다.
이로부터 30°C의 공기 밀도를 예측해 보면,
1.195Kg이 된다.
즉, 열기구 내의 온도가 100°C라면 (한지 열기구 내 온도는 최고 160°C까지 상승할 수 있다. 단, 열기구 동체 표면으로부터 방출되는 양보다 공급되는 열량이 많아야 한다.)이 질량 차이는 1.195-0.950 = 0.245
245g을 들 수 있는 부력이다. 이 때 열기구 자체의 질량은 245g 이내이어야 뜰수있다.
검은 봉지에 드라이기 바람을 넣고, 하늘 위에서 천천히 위로 올라가는 이유는,
햇빛이 비치는 곳으로 검은 비닐 봉지를 가지고 나가면 봉지 내부의 공기가
데워지기 때문이다.
이때 가열된 기체는 팽창하고 팽창된 기체는 가벼워지면서 봉지의 부력이 커지게 된다.이렇게 해서, 봉지가 위로 올라가게 대는 것이다.
이것은 열기구가 날아오르는 원리와 같다.
그리고,검은색 비닐 봉지를 사용하는 이유는... 검은색은 다른 색에 비해서 열을 잘 흡수하기
때문이다 그래서 우리가 여름에 흰 옷과 검은옷중 검은 옷을 입으면 흰 옷을 입은 것 보다 더 더운 것이다.
<토론 및 느낀점>
* 실험 결과가 이론과 다르게 나왔거나 오차가 발생했을 때 그 이유를 무엇이라고 생각 하는가?
Ð 실험결과는 이론과 다르게 나왔거나 오차가 발생되지도 않고 잘 끝냈다.
* 더 나은 결과를 얻기 위해서는 어떻게 해야 할까?
Ð 실험이 잘 끝났지만. 만약에 또 이런 실험을 하게되면 내가 사용했던 검정 비닐
봉투보다 더 큰 봉투를 사용해서 실험해 보면, 마치 열기구의 풍선처럼
더 실감날 것 같기도 하다.
* 탐구를 수행하면서 가장 어려웠던 점
Ð 검정 비닐 봉지에 드라이기를 대고 뜨거운 바람을 넣을 때..
바람이 너무 뜨거워서 조금은 힘들었다.
* 탐구를 통해서 얻을 수 있는 가장 좋았던 점
Ð 내가 항상 관심 있었던 열기구의 원리를 알 수 있어서 무엇보다.
좋았고, 궁금한 것을 내가 스스로 탐구해서 직접 알아보고
배우게 되니까 좋은 기회가 된 것 같아서 좋았다.
* 종합적인 느낌 ?
Ð 비록 진짜 열기구를 만든건 아니지만, 이번 탐구를 통해서,
이렇게 내가 직접.. 열기구의 원리를 이용하여 실험해 보니
너무 신기하였다.
처음에 과학숙제가 탐구보고서 만들기라고 학교에서 선생님이
설명 하셨을 땐, 이런걸 꼭 해야대나 하는 생각도 들었지만.
지금 이렇게 다 끝내고 나니, 아주 좋은 경험이 되었다고 생각된다.
또 중간에는 실험하면서 조금 어려운 점 도 있었지만.. 재미있었다.
무엇보다, 내가 직접 궁금한 것을 스스로 탐구하면서.
알아낸 점이, 좋은 경험이 된 것 같다,
앞으로 탐구를 하게되면 이번에 탐구했던 것 보다 더 열심히 잘 할 수
있을 것 같고,
기회가 되면 다시한번 열기구에 대하여 아주 자세히 탐구 해보고 싶다.
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