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fileicon[유체역학] 회전하는 공의 휘어짐 및 마그누스 효과에 대한 연구

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소개글

[유체역학] 회전하는 공의 휘어짐 및 마그누스 효과에 대한 연구에 대한 자료입니다.

목차

연 구 동 기
유체역학적 현상
유체현상이 관심 대상이 된 역사적 배경
이론적 배경
회전하면서 진행하는 공이 받는 양력 계산
응 용 예 시
카를로스의 UFO슛 분석
연 구 소 감
참 고 문 헌

본문내용

연 구 동 기

유체는 그 독특한 성질 때문에 우리 주위의 여러 가지 신기한 물리적인 현상의 원인이 된다. 그 중 이번 연구의 주제가 된 것은 바로 마그누스 효과이다.
특히 유명한 축구 선수 카를로스의 UFO 슛은 조원들에게 지적 호기심을 제공했다. 어떻게 하면 직진하던 공이 특별히 눈으로 보이는 외부작용력 없이 그 경로가 휘어질 수 있는 것일까? 그러한 궁금증에 착안하여서 회전하는 공의 휘어짐 운동 즉 마그누스 효과에 대해서 탐구하기로 하였다.
우선 인터넷 조사와 문헌 조사, 또한 직접적인 계산을 통해서 마그누스 효과가 나타는 원인에 대해서 자세히 알아본다.

□ 유체역학적 현상

<< 바나나킥>>
공 회전력 의한 휨 현상


마그누스효과
바나나킥


■ 시속 108㎞이하때 가능

■ '프리킥의 달인' 호베르투 카를로스(레알 마드리드)의 킥을 보면 그 속도와 휘는 각도에 입이 벌어진다. 그 중에서도 일명 'UFO킥'으로 불리는 바나나킥은 한마디로 예술이다.

■ 이 바나나킥의 비밀은 공의 회전력에 있다. 공을 찰 때 아래쪽 모서리 부분을 위에서 아래로 찍듯이 차면 공 전체에 회전이 걸린다. 물론 공을 세게 찰수록 회전이 강해진다. 예를 들어 왼발 아웃사이드로 공의 오른쪽 부분을 차면 공은 시계 반대 방향으로 회전한다. 이때 공의 오른쪽 부분은 공기의 흐름과 마찰을 빚게 돼 압력이 높아지고, 왼쪽 부분은 공기의 흐름과 일치해 압력이 낮아진다. 이 과정에서 공은 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 조금씩 이동하면서 곡선을 그리게 된다.

■ 이 현상을 1852년 독일의 물리학자 구스타프 마그누스가 포탄의 탄도를 연구하는 과정에서 발견했다고 해서 그의 이름을 따 '마그누스 효과'라 부른다. 그러나 찬 볼이 시속 108㎞를 넘어설 경우 공 주위에 생기는 공기의 작은 소용돌이들이 압력차를 막아 휨 현상은 일어나지 않는다. 즉 108㎞ 이하로 스피드가 떨어질 때 바나나킥이 된다는 것이다.

■ 마그누스 효과란?
그림1. 물체의 병진운동, 회전운동
그림2. (왼쪽)물체가 병진 운동만 할 경우
(오른쪽)물체가 회전운동만 할 경우

참고문헌

Fluid Mechanics Fundamentals and Applications – Cengel Cimbala
Akatsuka and Haake, Physics World 11(6) (June 1998)
축구와 물리학- 이인호
과학종합미디어-동아사이언스
과학기술정보 포털서비스-http://www.yeskisti.net/yesKISTI/index.jsp
즐거운과학세상 사인언스올-http://www.scienceall.com/index.sca

태그 공기 마그누스, 속도 압력, 유체 방향, 회전 양력, 부분 베르누이

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