2025학년도 수능특강 독서 21p의 지문, 헬리콥터 비행의 원리 그리고 문제 해결 전략에 대해 알아보겠습니다. (지문 요약 중 다소 의역이 포함되어 있으므로 실제 수능특강의 본문 내용과 비교하며 읽으시면 본문내용을 이해하는데 도움이 될것입니다.)
---- 지문요약 ----
1문단
헬리콥터는 회전 날개를 통해 공중에서 정지 상태를 유지하거나 전진하는 비행이 가능합니다. 헬리콥터의 회전날개는 중심과 끝부분의 회전 반경이 다릅니다.
(회전 반경 = A라는 점과 A라는 점 주위를 도는 B점 간의 거리라고 생각하시는 게 편합니다.)
회전 반경에 따라 날개의 단위 시간당 회전거리가 다르기 때문에 회전 날개의 속도가 중심에 가까울수록 느리고 멀수록 빠릅니다.
= 선풍기의 팬 하나를 떼어서 이걸 날개라고 하자, 날개에서 선풍기 중심에 가까운 쪽에 점을 찍고 멀리 있는 쪽에 점을 또 찍는다. 1초 동안 선풍기를 틀어서 날개가 돌아가도록 두어 보면, 같은 날개에 찍은 점이지만 점의 이동거리가 중심에서 멀리 있을 수록 크다. 이를 단위시간(같은 시간)당 회전거리(점이 이동한 거리)가 다르다고 하는 것이며, 1초 동안 움직인 거리가 다름으로 속도가 차이가 생기는 것이다.
이로 인해 회전 날개의 각 부분에 공기의 흐름, 즉 기류 속도가 달라집니다. 헬리콥터가 앞으로 비행할때 회전 날개의 부분당 속도 차이가 더 커집니다.
EX) - 회전 날개가 반시계 방향으로 회전하는 헬리콥터가 있다. 이 헬리콥터가 가는 방향의 오른쪽 90도의 위치에서의 시류속도는 [회전 날개속도 + 전진 속도] 가 된다. 반대로 진행 방향의 왼쪽 90도 에서의 기류 속도는 [회전 날개 속도 - 전진 속도] 가 된다. 이때 회전하는 날개의 오른쪽 절반을 전진익이라고 하고 왼쪽 절반을 후퇴힉 이라고 한다.
= 왜 오른쪽 90도에서의 시류속도는 회전 날개 속도 + 전진 속도가 될까. 예시를 들겠다. 앞에서 바람이 세게 부는 곳에서 그대로 앞으로 달리면 나는 더 강하게 바람을 맞는다. 앞에서 바람이 세게 부는 곳에서 뒤로 달리면 나는 바람을 더 약하게 맞는다. 바로 이 원리가 적용되는 것이다. 이해가 안된다면 헬리콥터의 이동과 회전을 생각하며 다시 읽어보자.
2문단
움직이는 유체가 물체에 막히거나 부딪혀서 막히거나 흐름이 좁아지면 유체의 운동 에너지가 압력이 됩니다. 이 압력을
동압 이라고 하며 동압은 속도의 제곱에 비례합니다. 정지 상태의 유체에 작용하는 압력을 정압이라고 합니다.
정압과 동압을 더한 것이 전압입니다. 전압은 항상 일정하기에 동압이 높아지면 정압이 낮아져서 항상 같은 값을 유지합니다.
헬리콥터에서 회전 날개의 회전할 때 날개에 부딪힌 바람은 날개 윗면과 아랫면으로 갈라져 뒤로 향하는 것으로 나뉘게 되는데요. 날개 모양에 의해서 날개 윗면의 바람 속도가 아랫면의 바람 속도보다 빨라지게 되면 헬리콥터를 위로 띄우는 양력이라는 힘이 발생합니다. 바람 속도가 빨라지면 아래위의 바람 속도도 커져서 양력이 증가합니다.
3문단
공기가 흐르는 방향이 변하거나 날개가 이루는 각이 변해도 양력의 크기가 달라지는데 일반적으로 날개의 받음각이 커지면 날개 위와 아래의 속도 차이가 커져서 양력도 커집니다.
만약 헬리콥터의 전진익과 후퇴익의 받음각이 같다면 전진익과 후퇴익의 기류(바람) 속도가 다르기 때문에 전진익의 양력이 커지고 후퇴익의 양력이 작아져 헬리콥터가 기울어 질 수가 있습니다. 따라서 회전 날개의 플래핑(flapping)이 필요합니다.
------그림참고------- 전진익에서는 플랩업을 해서 위로 올라가고 후퇴익에서는 플랩 다운을 해서 아래로 내려가면 전진익과 후퇴익의 양력 균형을 맞출 수 있습니다.
---- 문제 ----
1. 4번
회전 방향이 반시계 방향일때 받음각의 영향이 없다면 헬리콥터는 어디로 기우는가, 전진익이 기류 속도가 빠르기에 더 강한 양력을 가짐으로 전전익 쪽이 올라가고 후퇴익 쪽이 내려가는 즉 후퇴익 방향으로 기운다가 맞는 말입니다. 만약 회전 방향이 시계 방향으로 문제가 나왔다면 더 어려운 문제가 될 수도 있었습니다.
2. ㄱ-동압, 정압 ㄴ-작아지고, 커지기
본문에 그대로 나와 있습니다. 문제 해결 자체는 지문을 제대로 읽었다면 쉽게 해결 할 수 있었을 것입니다.
---- 평가 ----
내용이 어려웠습니다. 이과학생의 경우 보다 쉽게 이해할 수 있겠으나 문과학생은 이해하기에 난해했을 것입니다. 이 지문을 쉽게 이해하기 위해서는 반경, 기류, 속도의 정의, 유체, 압력, 각도, 양력등의 용어를 알아두면 편할 것이고, 머릿속에 헬리콥터와 프로펠러, 바람의 이미지를 구상하는 능력이 필요했습니다. 이 지문을 해설하면서 그림을 이용해 설명할 수도 있지만 텍스트를 통해 머릿속의 이미지를 만드는 능력을 강조하고자 글로만 설명했습니다. 지문을 읽고서 너무 어렵다고 좌절하지 마시고 이 문제에 대한 해설과 풀이를 찾아 보면서 자기가 생각하지 못한부분, 몰랐던 용어, 키워야 하는 역량 등을 알아가고 더욱 정진하시기 바랍니다.
이상으로 2025년 수능특강 독서 21p의 지문, 헬리콥터 비행의 원리에 대해 작성하였습니다. 다음은 수능특강 24p 분석으로 찾아뵙겠습니다.