해상, 항공우주 수송 기술

수송 수단의 활용2

도입

지난시간에 육상 수송 수단에 대해 알아보았습니다.
다음의 두개의 영상을 보도록 하겠습니다.

한국의 해상 수송 기술력과 우주항공 수송 기술력에 대해 잠시 살펴보았습니다.
이번시간에는 해상, 우주 항공 수송 기술에 대해 알아보도록 하겠습니다.

전개

인간들은 수천 년 동안 노와 돛을 이용하여 그 지역 또는 환경의 특성에 맞는 선박을 만들어 사용하였으며, 범선과 나침반의 발명으로 원양까지 항해를 할 수 있게 되었다.
19세기 초 증기선의 발명으로 선박기술이 급속도로 발전하기 시작하였으며, 오늘날에는 대형화, 고속화의 방향으로 선박의 연구가 계속 진행되고 있다.

먼저, 많은 물자를 멀리, 많이, 값싸게 수송할 수 있는 해상수송기술의 의미와 기초적 원리, 활용에 대해 알아보도록 합시다.

1. 해상 수송 기술의 의미

바다를 포함하여, 물 위 또는 물속에서 사람이나 물자를 이동시키는 수단이나 방법을 해상 수송 기술이라 한다.
해상 수송 기술은 육상, 항공 수송과 달리 많은 물자를 한 번에 수송할 수 있으며, 대량으로 수송할 수 있기 때문에 수송비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.
하지만 다른 수송 기술에 비하여 속도가 느리다는 단점도 있다.

2. 해상 수송 기술에 사용되는 기초적 원리

[ 해상 수송 기술의 기초적 원리 ]

출처: 한국교육학술정보원

(1) 선박의 3요소

1) 부양성 : 물이나 공기에서 중력과 반대방향으로 작용하는 힘을 부력이라고 하는데, 이 부력이 중력보다 크게 되면 그 물체는 물이나 공기 위에 뜨게 다. 부력을 많이 받기 위해서는 밀도를 낮게 하거나 표면적을 넓게 하면 다. 배는 이러한 부력을 이용하여 물 위에 뜨게 다.

2) 적재성 : 배는 사람 및 물자 수송을 위한 수단이기 때문에 사람이나 물자를 실을 수 있는 공간이 있어야 다.

3) 이동성 : 수송을 하기 위해서는 사람 또는 물자를 이동시켜야하기 때문에 추진력을 이용하여 사람과 배를 이동시키는 이동성이 있어야 다.

(2) 배의 추진과 제동

1) 배의 추진

- 처음에는 증기기관을 이용하였으나 최근에는 큰힘을 얻을 수 있고 효율이 우수한 디젤기관을 사용한다.

- 동력기관에서 발생한 힘이 추진축을 돌려 스크루를 회전시킨다. 스크루가 회전하면서 물을 배 뒤로 밀어내고 그 반작용으로 추진력을 얻어 선박이 앞으로 나아가게 된다.

2) 배의 제동

작은 배의 경우에는 스크루 프로펠러의 회전을 반대로 하여 속도를 줄여 제동을 하지만 대형 선박인 경우에는 그렇게 했다가는 엔진에 큰 무리가 가해진다. 그리하여 대형 선박들은 정박해야할 항구 근처에 가서 엔진을 정지시켜 배의 속도를 서서히 줄이고, 예인선으로 대형 선박을 예인하여 항구에 정박한다.

3. 해상 수송 기술의 활용

[ 해상 수송 기술의 활용 ]

출처: 한국교육학술정보원

(1) 노와 바람을 활용

여러 사람의 힘을 이용한 노를 이용하고, 바람의 힘을 이용한 돛을 활용하여 보다 큰 동력을 얻게 되었다.

(2) 바람과 나침반을 활용

범선은 돛이 여러 개 달린 배로 바람의 힘을 항해에 효율적으로 활용 할 수 있게 되었다. 또한 나침반을 이용하여 보다 정확한 방향을 찾아갈 수 있게 되었다.

(3) 기관의 활용

증기기관과 디젤기관, 원자력 기관은 해양 수송 기술을 더욱 발전시켰다.

열기구를 타고 하늘을 날고, 비행기를 타고 먼 나라까지 여행을 가며,
한 시간 만에 서울에서 제주도까지 날아갈 수 있는 이유는 우주 항공 기술의 발달 덕분
입니다.
다음에는 우리 인류의 끝없는 호기심을 해결해 주고 있는 우
항공기술에 대해서 함께 알아봅시다.

4. 우주 항공 수송 기술의 의미

우주 항공 수송 기술은 우주 수송 기술과 항공 수송 기술로 나뉘어 진다. 항공수송은 대기를 이용하여 사람이나 물건을 운송하는 것으로 대표적인 항공 수송에는 비행기, 헬리콥터 등이 있다.

우주 수송은 로켓기관을 이용하여 사람이나 물건을 지구의 궤도나 우주 공간으로 운송하는 것으로, 대표적인 우주 수송에는 우주 왕복선과 우주 발사체 등이 있다.

5. 우주 항공 수송 기술에 사용되는 기초적 원리

비행기에는 양력, 중력, 추진력, 저항력의 4가지 힘이 작용하는데 비행기를 날게 하는 가장 큰 원리는 양력이다.

[ 우주 항공 수송 기술의 기초적 원리 ]

출처: 한국교육학술정보원

(1) 양력

베르누이의 원리에 따르면 속도가 빨라지면 압력이 낮아진다. 비행기 날개의 위쪽으로 공기가 빠르게 지나가게 하면, 날개의 위쪽에는 날개의 아래쪽 보다 낮은 압력이 발생하게 된다. 상대적으로 압력이 높은 날개 아래쪽에서 압력이 낮은 날개 위쪽으로 날개를 밀어내는 힘이 발생하게 되는데, 이 힘을 양력이라고 한다.

(2) 작용과 반작용

로켓기관이나 제트기관에서 발생되어지는 고온 고압의 에너지를 뒤편으로 분사하여 그 반작용의 힘으로 비행을 한다.

(3) 비중

뜨거운 공기는 위로 올라가고 차가운 공기는 아래로 내려오게 된다. 이것은 온도에 따라 공기의 비중이 달라지기 때문인데, 이것을 이용하면 다른 방법들에 비해 간단하게 하늘을 비행할 수 있게 된다. 이 원리를 적용한 것이 바로 열기구이다. 또한 공기보다 비중이 작은 기체를 이용하면 더욱 쉽게 비행을 할 수 있다. 이 원리를 적용한 것이 비행선이다.

6. 우주 항공 수송 기술의 활용

[ 우주 항공 기술의 활용 ]

출처: 한국교육학술정보원

(1) 비행기

비행기가 하늘을 날 수 있는 이유는 독특한 구조의 날개가 있기 때문이다. 비행기의 날개는 윗부분은 둥글고 아랫부분은 평평하게 생긴 구조로, 날개의 위쪽으로 공기가 빨리 흐르게 하여 양력을 얻는다.

1920년대 까지는 프로펠러가 비행기의 주된 동력원이었다. 하지만 양력을 더 잘 얻기 위해서는 더욱 빠른 속도가 필요하였고, 빠른 속도를 낼 수 있는 엔진이 필요하였다. 그리하여 제트기관을 활용한 비행기가 발명되어 오늘 날에 이르게 되었다.

(2) 제트엔진

엔진의 앞쪽에서 공기를 흡입한 후 엔진 내부에서 연료를 연소시키고 그 때 발생되는 폭발에너지를 엔진의 뒤 쪽으로 뿜어내어 추진력을 얻는 엔진이다.

(3) 헬리콥터

헬리콥터는 날개가 없음에도 공중을 비행할 수 있는 독특한 비행물체이다. 헬리콥터 몸체 위에 있는 회전날개(메인 로터)로 상승과 하강을 조절하며 꼬리에 있는 회전날개(테일 로터)로는 몸체의 균형을 잡거나 방향전환을 할 때 이용된다. 활주로가 필요 없이 수직으로 비행이 가능하며, 공중에서 정지 상태로 떠 있을 수 있는 등 비행기가 할 수 없는 장점이 있지만, 비행 속도는 일반적인 비행기에 비해 많이 느리다는 단점이 있다.

(4) 우주발사체

우주발사체도 제트기관과 마찬가지로 작용과 반작용의 원리를 이용하여 추진력을 얻는다. 우주발사체는 로켓엔진을 이용하는데, 로켓엔진에 핵탄두 등 무기를 장착하면 미사일이 되고, 인공위성, 우주탐사선 등을 장착하면 우주발사체가 된다. 우주 발사체는 내부에 연료와 산화제를 모두 탑재하고 있다. 왜냐하면 우주에서는 산소를 공급받을 수 없기 때문이다. 우주발사체가 지구의 중력을 벗어나기 위해서는 초당 7.8km 이상의 속도가 필요하다.

정리

다음 문제를 풀어보며 오늘 배운 내용에 대해 정리해 보세요
(정답도 제시되어 있어요).

보충, 심화

배가 물위를 떠 다니는 원리는?

공기부양선(호버크래프트)

공기를 아래로 뿜어내어 선체를 지면 또는 수면 위로 띄운 후 선체를 이동시키는 공기부양선은 육지와 해상에서 수륙 양용으로 활용이 가능하기 때문에 해양경비정 등 다양한 곳에 사용되고 있다.

신기전

누리호, 우주로 가는 길

위그선(WIG)

위그선은 비행기의 원리를 이용하여 수면 위를 날아가면서 이동을 한다. 위그선은 물의 저항을 받지 않기 때문에 속도가 매우 빠르며, 에너지 효율이 매우 좋다. 하지만 높은 파도가 있을 때는 운행하기 어려워 아직까지는 호수나 강 등에서 활용할 예정이다.

잠수함

인류는 바다의 5%도 채 알지 못한다. 바다의 바닥 해저에는 수많은 자원이 매장되어 있으며 새로운 생명체의 발견 등 매우 가치 있는 발견과 활용을 할 수 있기 때문에 수면 아래의 수송 기술, 즉 잠수함 기술이 더욱 발달하게 될 것이다.

내용구성: 배종우(경북대학교사범대학부설중학교)