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-과학 탐구 보고서-
종이 비행기는 어떤 조건에서 잘 날 수 있을까?
Ⅰ. 연구 동기
할머니 댁에서 종이 비행기를 만들어 사촌 형제들과 멀리 날리기 시합을 하였다. 어느 때는 곤두박질을 치기도 하고 어느 때는 멀리 날기도 하였다. 문득 종이 비행기는 어떻게 해서 하늘을 날 수 있으며 어떤 상태에서 가장 잘 날게 할 수 있을까하는 생각에 이 탐구를 하게 되었다.
Ⅱ. 연구 기간 및 절차
1. 2000년 7월 28일～8월 11일; 1차 실험 및 결과 측정
2. 2000년 8월 12일～8월 19일; 실험 결과 측정 및 연구 보고서 작성
Ⅲ. 알아보고 싶은 점
종이 비행기의 재질, 모형, 크기가 다를 경우 어떤 종류가 더 잘 날을까? 또한 바람의 방향과 종이 비행기의 활공 시간은 어떤 관계일까? 종이 비행기를 날리는 각도와 활공 시간은 어떤 관계일까를 탐구해 보고 싶었다.
Ⅳ. 연구 방법
우선 여러 가지 재질, 모형, 크기가 다른 종이 비행기를 수북히 만들어서 아빠와 함께 아파트 옥상으로 올라갔다. 일정한 조건하에서 종이 비행기를 날려서 활공 시간을 측정하였다. 종이 비항기를 날릴 때는 중심과 구겨진 부분을 잘 정리해야만 했다. 10회 이상 반복 실험하여 활공 시간을 측정하였고 그 측정값 중 빈도수가 큰 범위의 값 10개를 선정하여 가장 큰 값과 작은 값을 뺀 나머지 값에 대해서 평균값을 구하여 비교 자료로 활용하였다.
Ⅴ. 연구의 실제
1. 어떤 재질의 종이 비행기가 잘 날을까?
(25.cm×17.4cm)크기의 얇은 타이프지, 갱지, 원고지, 도화지로 모형 A1을 만들어 바람이 불지 않는 날에 5층 아파트 옥상(약 13m)에서 날려 보았다.
?종이 비행기의 재질에 따른 활공 시간 (단위:초)
재질
얇은 타이프지
갱지
원고지
도화지
질량 (g)
1.6
2.2
3.2
4.9
10회 평균
25.4
9.8
18.4
9.1
종이 비행기는 재질에 따라 …(생략)
나는 정도가 달랐다. 얇은 타이프지가 오래 날았으며 원고지, 도화지, 갱지의 순이었다. 또한 나는데는 질량과도 관계가 있음을 알 수 있었다. 질량이 작을수록 더 잘 날았다. 그러나 갱지의 경우엔 잘 날지 못했다. 그것은 재질이 빳빳하지 못하여 공기의 양력을 받는 능력이 작아지기 때문인 것 같다. 따라서 얇고 가벼우며 빳빳한 재질로 만든 종이 비행기가 가장 잘 날 수 있음을 알 수 있었다.
2. 어떤 모형의 종이 비행기가 잘 날을까?
(25.cm×17.4cm)크기의 얇은 타이프지(질량1.6g)로 바람이 불지 않을 때 A1, A2, B1, B2, C1, C2 형의 종이 비행기를 만들어 아파트 5층 옥상에서 날려 보았다.
?종이 비행기의 모형에 따른 활공 시간 (단위:초)
종이 비행기
모형
A1
A2
B1
B2
C1
C2
동체길이(cm)
19.0
19.0
25.0
25.0
13.2
13.2
날개 길이(cm)
12.0
9.0
14.4
14.4
10.6
7.6
날개깃길이(cm)
0
1.5
0
0
0
1.5
10회 평균
25.4
27.1
8.6
8.6
4.3
5.3
A형 B형 C형의 순서대로 잘 날았으며 A형은 동체와 날개가 균형이 잡혀 안정되고 매끄러운 비행을 하였다. B형은 동체와 날개의 크기는 크나 앞이 무거운지 급강하하는 비행을 하였으며 C형은 날개가 너무 작아서 상하 좌우의 동요가 일어나며 불안한 비행을 하였다.
같은 모형의 비행기라 하더라도 A1, B1, C1형보다 날개의 깃을 접어 올린 A2, B2, C2형이 더 잘 날았으며, B1, C1형보다 B2, C2형이 더 안정된 비행을 한 것은 날개의 깃이 좌우 균형을 잡아 주기 때문인 것 같았다.
따라서 같은 질량의 종이 비행기라 하더라도 그 모형에 따라 무게 중심이 알맞아야 하며 또한 동체와 날개 등이 받는 양력과 항력이 균형을 이룰 때 동요없이 안정된 비행을 한다는 것을 알 수 있었다.
3. 종이 비행기의 크기에 따른 활공 시간
종이 비행기가 크면 더 잘 날 것으로 생각하였으나 중, 대, 소형의 크기 순으로 잘 날았다.
4. 바람의 방향은 종이 비행기의 활공 시간에 어떤 영향을 주나?
(25.cm×17.4cm)크기의 얇은 타이프지 얇은 타이프지와 도화지로 A1 모형을 만들어서 바람이 부는 날 날려 보았다. 우선 바람이 부는 방향으로 날려보고 또 그 반대 방향으로 날려 보았다.
?바람의 방향에 따른 종이 비행기의 활공 시간(단위: 초)
조건
바람이 부는 방향
바람이 부는 반대 방향
재질
얇은 타이프지
도화지
얇은 타이프지
도화지
10회 평균
28.1
12.2
20.6
10.4
종이 비행기를 바람과 같은 방향으로 날렸더니 바람 부는 반대 방향으로 날렸을 때보다 더 잘 날았으며 또한 바람이 없는 상태보다도 더 잘 날았다.
이번에는 바람이 부는 반대 방향으로 날렸더니 얇은 타이프지로 만든 것은 도화지로 만든 것보다 활공 시간이 더 감소하였다. 즉 바람의 방향에 따라 종이 비행기의 활공 시간에 차이가 생기는 것은 바람에 의한 기류의 영향을 받았기 때문인 것 같다. 또한 강한 바람의 영향을 줄이기 위해서는 더 빳빳한 재질이 필요하다고 생각한다.
5. 어떤 각도로 종이 비행기를 날리면 더 잘 날을 수 있을까?
(25.cm×17.4cm)크기의 얇은 타이프지 얇은 타이프지와 도화지로 A1 모형을 만들어서 바람이 불지 않는 상태인 5층 옥상에서 수평 아래 30도, 수평 위 30도의 각도로 날려 보았다.
수평 위로 던지면 제일 잘 날 것으로 생각하고 날렸으나 한 번의 파상 비행과 급강하를 하더니 다시 안정된 비행을 하였다.
이번에는 수평 아래로 날려 보았더니 급강하하면서 아래 방향을 향하여 계속 비행하는 모습을 나타내었다.
수평 방향으로 날렸더니 처음 날릴 때 공기에 의한 갑작스런 기류의 영향을 주지 않아서인지 안정된 비행을 하였다.
Ⅵ. 알게 된 점
같은 크기로 만든 종이 비행기 중 얇고 가벼우며 빳빳한 재질로 만든 모형이 큰 양력을 받게 되어 잘 날 수 있었다.
종이 비행기는 모형에 따라 무게 중심 및 동체와 날개 등이 받는 양력과 항력이 달라져 비행하는 정도도 달랐다. A형이 가장 안정되게 날았고 C형이 경우는 날개가 너무 작아 상하 좌우로 요동하며 불안하게 날았다.
같은 모형이라도 날개의 깃을 올린 경우가 좌우로 더 안정되고 균형 있게 날았다. 종이 비행기는 무게 중심 및 양력과 항력이 조화롭게 균형을 이룰 때 비행 상태가 가장 좋은 것을 알 수 있었다. 따라서 종이 비행기는 크기에 관계없이 적정한 규격을 갖추어야만 한다.
종이 비행기는 바람과 같은 방향으로 날릴 때 바람에 의한 기류의 영향으로 더 잘 날 수 있었다. 또 재질이 너무 얇은 경우는 바람의 방향에 많은 영향을 받았다. 종이 비행기는 수평인 각도로 날릴 때 가장 잘 날 수 있다.
종이 비행기가 잘 날 수 있게 하려면 재질, 무게, 크기, 무게 중심 잡기와 날릴 때 바람의 방향 및 날리는 각도를 적절히 고려해야만 한다는 것을 알았다.
Ⅶ. 더 알아보고 싶은 점
이 탐구 과제가 대상을 받으므로써 교육감님 여러 선생님들 앞에서 설명을 드릴 수 있었을 때 무척 기뻤다. 교육감님께서 나의 설명을 다 들으시고는 우리 나라에서 로켓트를 발사 할 수 있도록 계속 해서 연구를 하고 이바지할 수 있는 사람이 되라고 격려하셨다.
아빠와 함께 종이 비행기를 날리면서 시간을 재고하는 것을 보며 한심스럽게 생각하며 지켜보던 사람들 때문에 부끄러웠던 일이며, 날아 간 종이 비행기들을 쓰레기 차원에서 찾아 헤매었던 일 등이 떠 오른다.
앞으로는 모형 비행기의 구조에서 양력과 항력에 대한 정성적 정량적인 관계를 실험을 통해 알아 내고 싶다.
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