2012학년도 프로젝트 연구 발표대회 팀별 연구 보고서	점수

주제	종이비행기의 원리 및 멀리 나는 방법 탐구
팀명	팀원
利조	학번(이름)	담당 역할
	1605(김명진)	실험, 사진촬영, 결과탐구, 실험기록
	1625(장수지)	실험, 사진촬영, 결과탐구, 실험기록
	1629(천선아)	실험, 사진촬영, 보고서작성, 결과탐구
	1630(최서영)	실험, 실험기록, 보고서작성, 팀장, 결과탐구
	1633(한지희)	실험, 실험기록, ppt작성, 사진촬영, 결과탐구

연구요약	종이비행기의 비행거리와 날개길이, 전체길이는 연관성이 없으며, 종이비행기의 앞이 뾰족하고, 날개가 길고, 끝이 뾰족하지 않으면 비행거리는 길어진다. 대체로 무게가 무거울수록, 두꺼운 종이일수록 종이비행기의 비행거리는 길어진다. 비행기를 날릴 때 비행거리는 각도가 거의 없는 것이 가장 이상적이다.

Ⅰ. 탐구 동기 및 목적

※동기를 먼저 적고 목적을 뒤에 씁니다. 내용이 많으면 칸을 늘려서 작성하세요.

우리는 어릴 때부터 종이비행기를 많이 접어왔다. 그러나 아직도 친숙한 종이비행기의 원리를 아직도 이해하지 못한다. 단지 단순한 운에 의해 비행기의 비행거리가 정해진다. 그래서 비행기의 원리를 파악하고, 종이비행기와 비행거리의 관계를 정확히 연구하고 실험을 통해 알고자 이 주제를 선정하게 되었다.

이에 우리는 다음과 같은 목적을 가지고 연구를 하였다.

첫째. 여러 가지 모양에 따른 종이비행기와 비행거리 관계 알아보기

둘째. 종이 재질에 따른 종이비행기와 비행거리 관계 알아보기

셋째. 던지는 각도에 따른 종이비행기와 비행거리 관계 알아보기

Ⅱ. 탐구내용

1. 이론적 배경(혹은 문헌 조사)

※내용이 많으면 칸을 늘려서 작성하세요.

<종이비행기의 종류>

1. 접기형 종이비행기

-만드는 방법은 간단하지만 모양이 쉽게 변할 수 있기 때문에 고성능 비행을 하기에는 적합하지 않다.

-델타익 날개: 장점)고속비행이 쉬워진다. 단점) 저속비행이 불안전하다. 무게중심을 잘 맞춰야 한다.

2. 조립형 종이비행기 (페이퍼 글라이더)

-종이에 설계된 부품들을 오려내어 조립하는 종이비행기이다.

*종이비행기(접기형)는 델타익 날개의 형태밖에 되지 않지만 조립형은 다른 달개모양도 가능할듯하여 조사했다.

-에어포일

에어포일 날개는 밑쪽은 평평하고 위쪽은 볼록하다. 이런 날개형태는 양력을 잘 발생시킨다. 평평한 면은 공기의 흐름이 느리다. 볼록한 부분은 공기의 흐름이 빠르다. (→베르누이 법칙: 속도는 압력과 반비례) 평평한 부분은 공기의 흐름이 느리니 고기압이 형성되고 볼록한 부분은 공기의 흐름이 빠르니 저기압이 형성된다. 공기는 고기압→저기압으로 이동한다. 평평한 면이 고기압, 볼록한 면이 저기압, 따라서 위로 양력이 발생하게 된다.

<원리>

종이비행기는 실제비행기가 가지는 중력, 추력, 항력, 양력을 모두 가지고 있으며 구조 또한 비슷하다. 그러나 종이비행기는 실제비행기와 달리 비행속도, 비행고도 무게, 크기도 다르다. 그리고 비행시 추력을 일정하게 받는 것이 아니고 사람의 손을 떠난 순간부터 더 이상 추력을 받을 수 없기 때문에 실제비행기보다는 양력발생을 위하여 비행 중에도 플랩을 움직일 수 있지만 종이비행기는 한번 접어놓은 상태를 비행 중에 바꿀 수 없기 때문에 종이비행기를 날릴 때 이러한 부분을 고려해야하지만 날리기 전 조종면을 미리 조정하면, 실제 비행기와 같이 여러 가지 비행을 시현할 수 있다.

<추력>이란. 주행물체나 비행물체를 진행 방향으로 밀고 나아가는 힘.

<항력>이란. 비행기나 선박의 경우처럼 물체가 유체(기체, 액체) 속을 운동하면 주위의 유체에서 힘을 받는데 그때 속도와 반대방향으로 받는 힘의 성분.

항력이 생기는 원인은 주위의 유체의 종류, 운동하는 물체의 형태, 크기, 속도 등에 따라 다르다.

<양력>이란. 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘. 이 힘은 높은 압력에서 낮은 압력 쪽으로 생기며, 유체에 닿은 물체를 밀어 내리려는 힘에 대한 반작용이다.

※내용이 많으면 칸을 늘려서 작성하세요.

종이비행기 접는 방법에는 여섯 가지가 있다. 글라이드,요격기,카나드,폭격기,독수리,보라매 등이 있다.

글라이드 접기: 기본 글라이더는 접기가 가장 쉽고 간단하며 기본 글라이더를 통하여 종이비행기를 접는 기호와 방법을 쉽게 익힐 수 있을 것이다. 가장 전형적인 종이비행기의 모습을 갖춘 기본 글라이더는 비록 단순한 구조이지만 다른 어느 기종 못 지 않은 우수한 비행 성능을 가지고 있다. 특히 안정성을 유지하기 때문에 종이비행기의 초보 조종사에게는 가장 적합한 기종이다. 기본 글라이더는 던지는 세기(저속 및 고속)에 관계없이 안정된 비행을 보여준다.

그 이유로는 첫째, 비교적 넓은 동체 부분이 수직꼬리날개의 역할을 하므로 직진성이 우수하고 둘째, 무게중심이 아래쪽에 있어 수평자세로의 복원력이 우수하기 때문이다. 날개 면적이 크기 때문에 활공비(滑空比:손실 고도와 활공 거리의 비)도 비교적 높은 기본 글라이더는 실내뿐만 아니라 옥외에서도 부담 없이 비행을 즐길 수 있다.

요격기 접기: 보통의 종이비행기는 세게 던질 경우 순간적인 공기력(특히 양력)의 증가로 날개가 굽어지거나 방향 유지가 어렵다. 하지만 요격기는 동체 길이 방향으로 접힌 부분이 많고 날개가 작아 기체가 튼튼할 뿐 아니라 직진성도 매우 우수하므로 세게 던져 멀리 날리기에 적합한 기종이다. 요격기는 멀리 날리기에 적합한 비행기이므로 발사 방법은 기체를 약간 위쪽으로 하여 어깨 뒤로 제쳤다가 밀듯이 세게 던진다. 이때 기체는 마치 다트가 날아가듯 우수한 직진 성능을 보이며 긴 포물선을 그리게 된다.

카나드접기: 카나드 종이비행기는 삼각형의 주 날개와 함께 앞에 카나드가 달린 최신 전투기 형상의 카나드형의 항공기로 선정 카나드 종이비행기는 카나드가 부착된 기수분분이 무거워 세게 던질 수 있기 때문에 멀리 날리기에 적합한 기종이다.

폭격기 접기: 폭격기 종이비행기는 이러한 폭격기의 특성을 살려 날개의 면적을 가장 크게 설계하였다. 날개 면적이 큰 만큼 저속에서도우수한 활공 특성을 보여 주는 반면 기체의 강도가 약하므로 고속 비행이나 바람이 많은 날의 옥외 비행에는 적합하기 않다.

독수리 접기: 종이비행기가 오래 비행하기 위해서는 실제 글라이더 비행기처럼 가늘고 긴 날개(가로 세로의 비가 큰 날개)를 가져야 한다. 그러나 종이라는 재질의 특성때문에 날개의 가로 세로의 비를 크게 하는 데는 한계가 있다. 독수리 종이비행기는 기체의 강도를 유지하면서도 가능한 한 날개의 가로 세로의 비를 크게 설계하였다. 독수리는 활공 성능이 우수하기 때문에 방향타 조절을 통해 직진성만 확보되면 멀리 날리기에도 적합한 기종이다.

보라매 접기: 보라매는 날개가 길기 때문에 활공 성능이 우수한 반면 동체 길이가 짦아 세로 안정성을 유지하기가 약간 까다로운 특성을 가지고 있다. 따라서 접는 단계부터 대칭성을 잘 유지해야 하고 접은 후에는 승강타 조절을 위해 시험 비행이 필수적이다. 보라매는 밀듯이 부드럽게 던져야 특유의 유연한 저속 비행 성능을 즐길 수 있다. 보라매의 날개끝은 위쪽으로 꺽어져 있기 때문에 날개의 상반각 효과로 인한 수평으로의 복원력이 좋다.

2. 탐구 내용

※내용이 많으면 칸을 늘려서 작성하세요.

첫째. 여러 가지 모양에 따른 종이비행기와 비행거리 관계 알아보기

둘째. 종이 재질에 따른 종이비행기와 비행거리 관계 알아보기

셋째. 던지는 각도에 따른 종이비행기와 비행거리 관계 알아보기

Ⅲ. 탐구 방법 및 결과

1. 탐구과제 1 : 비행기 모양에 따른 종이비행기와 비행거리의 관계

가. 가설설정

전체길이가 적당(10~13cm정도)하고, 가벼울수록, 날개가 길이가 길수록 종이비행기의 비행거리가 길어 질 것이다.

나. 준비물

나무판(30cm☓19cm), 노란 고무줄, 전자저울, 줄자, 색종이, A4용지, 자

다. 탐구방법

여러 가지 방법으로 종이비행기를 접는다.

각각의 종이비행기의 전체길이(최대길이), 날개길이(최대길이), 무게를 측정한다.

모든 실험은 3회 이상 실시하여, 그것의 평균값을 최종 측정값으로 한다.

바람의 영향을 최대한 덜 받기 위하여 모든 실험은 실내의, 일정한 장소에서 진행한다.

비행거리가 가장 긴 부분을 기준으로 측정한다.

실험Ⅰ. 나무판 위의 고무줄을 이용해 거리 측정하기

①고무줄 3개를 잘라 이은 뒤, 이것을 나무판 세로 7cm 위쪽에 스테이플러로 고정 시킨다.

②나무판 위에 종이비행기의 끝부분 지점(종이비행기를 놓을 지점)을 표시하고, 이 부분을 기준으로 종이비행기의 비행거리를 측정한다. 또한 이 부분으로부터 고무줄은 60cm 당기기로 한다. 나무판의 각도는 0∘로 없다.

③종이비행기의 비행거리를 줄자로 측정한다. 소수점 첫째자리까지 측정한다.

실험Ⅱ. 직접 던져 거리 측정하기

①여러 명이(최소 5명이상) 종이비행기를 던져본다. 이것을 동영상으로 촬영한 뒤, 가장 손목의 방향이 바뀌지 않고, 안정적으로 종이비행기를 던지는 사람을 선정한다.

②선정된 사람이 종이비행기를 한 지점에서부터 던진다. 최대한 일정한 힘을 줄 수 있도록 노력한다.

③종이비행기의 비행거리를 줄자로 측정한다. 소수점 첫째자리까지 측정한다.

라. 탐구결과

날개, 길이, 무게 측정값

	1번	2번	3번	4번	5번	6번	7번	8번	9번	10번	11번	12번
전체길이	15.0	11.7	11.8	18.3	7.5	25.5	15.5	9.0	15.0	18.0	12.0	15.8
날개길이	6.0	7.5	2.5	6.3	9.5	11.0	4.1	12.8	6.5	11.6	5.3	5.9
무게	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	4.2	1.4	1.4	1.4	4.2	1.4	1.4

※길이 단위는 cm, 무게 단위는 g

실험Ⅰ

	1번	2번	3번	4번	5번	6번	7번	8번	9번	10번	11번	12번
1회	145.0	180.7	207.2	70.0	93.1	71.2	39.6	77.5	192.0	62.0	60.0	142.3
2회	164.2	165.0	130.0	102.5	78.0	50.2	79.0	99.1	50.2	40.9	40.0	167.8
3회	172.0	128.1	224.5	101.3	73.0	34.0	80.7	67.3	171.6	54.0	54.0	78.4
평균값	160.4	156.3	118.2	91.3	81.4	51.8	68.7	81.3	148.0	52.3	51.3	129.5

※소수점 둘째자리에서 반올림하여 소수점 첫째자리까지 평균값 측정.

※날개길이/전체길이(소수점 넷째자리에서 반올림하여 셋째자리까지 표시)☓1000

위의 그래프를 통하여 비행거리는 날개길이, 전체길이와 아무런 상관관계가 없다는 사실을 알 수 있다.

전체길이에 대한 날개길이의 비의 값을 구해보았으나 이것 역시 상관관계가 없다는 사실을 알 수 있다.

따라서 비행기의 비행거리는 종이비행기의 날개 길이 및 전체길이와 연관성이 많지 않다는 사실을 알 수 있다.

실험Ⅱ

	1번	2번	3번	4번	5번	6번	7번	8번	9번	10번	11번	12번
평균값	368.2	348.3	447.0	82.1	386.4	470.1	147.1	183.7	696.5	538.6	235.8	381.9

실험Ⅰ에서는 1번.2번.9번.12번.3번.4번.5번.8번.7번.10번.11번.6번. 순으로 비행거리가 길게 나왔으나

실험Ⅱ에서는 9번.10번.6번.3번.5번.12번.1번.2번.11번.8번.7번.4번. 순으로 비행거리가 길게 나왔다.

그러므로 그래프 결과가 다를 수 도 있다.

※날개길이/전체길이(소수점 넷째자리에서 반올림하여 셋째자리까지 표시)☓1000

실험Ⅰ과 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.

⇒종이비행기의 날개길이, 전체길이, 전체길이에 대한 날개의 비와 비행거리는 연관성이 없다.

	1번	2번	3번	4번	5번	6번
비행기 모양

	7번	8번	9번	10번	11번	12번
비행기 모양

9번 비행기가 가장 비행거리가 길었다.

9번 비행기는 날개가 길고, 앞이 뾰족하므로

⇒ 비행기의 날개가 길고, 앞이 뾰족할수록 비행거리가 길어진다.

4번 비행기가 가장 비행거리가 짧았다.

4번 비행기는 날개가 길고, 앞이 뾰족하고, 끝이 뾰족하다.

⇒비행기의 끝이 뾰족하면 비행거리가 짧아진다.

10번, 6번 비행기가 나머지 비행기에 비해 전체적으로 비행거리가 길었다.

⇒A4용지가 색종이보다 비행거리가 길다.

2. 탐구과제 2 : 종이 재질에 따른 종이비행기와 비행거리의 관계

가. 가설설정

한지로 만든 종이비행기가 가장 멀리, 안정적으로 날아갈 것이다.

나. 준비물

나무판(30cm☓19cm), 노란 고무줄, 전자저울, 줄자, 색종이, A4용지, 머메이드지, 모시지, 색지, 구김지, 파인애플지, 한지, 색종이

다. 탐구방법

여러 가지 종이를 동일한 방법으로 접는다. 종이의 크기는 색종이 크기에 맞추어 15☓15로 통일한다. 각각의 종이비행기의 무게를 전자저울로 측정한다.

모든 실험은 3회 이상 실시하여, 그것의 평균값을 최종 측정값으로 한다.

바람의 영향을 최대한 덜 받기 위하여 모든 실험은 실내의, 일정한 장소에서 진행한다.

비행거리가 가장 긴 부분을 기준으로 측정한다.

이번 실험은 탐구과제1과 달리 실험을 두 번 하지 않고 탐구과제1의 실험Ⅱ의 방법으로만 측정하였다. 나무판으로 측정 할 경우 힘이 일정하고, 각도가 일정하다는 장점이 있지만 바람의 영향을 너무 받지 않기에 종이비행기의 특성을 파악한 실험이 되기 어렵다 판단했기 때문이다.

라. 탐구결과

	1번.머메이드지	2번.모시지	3번.색지	4번.구김지	5번.파인애플지	6번.한지	7번.색종이
무게	2.628	2.758	4.200	2.475	2.750	1.462	1.400

※소수점 셋째자리까지 측정, 단위는 g

	1번.머메이드지	2번.모시지	3번.색도화지	4번.구김지	5번.파인애플지	6번.한지	7번.색종이
촉감, 겉보기	반짝거리고, 구김이 조금 있음. 반들반들함.	반짝임이 전혀 없고, 모시와 비슷함.	흰 도화지와 거의 비슷하나 약간 더 두꺼움.	종이가 얇고, 구김이 많다.	색지와 비슷하나, 그보단 얇으며 1cm간격으로 구멍이 뚫어져 있다.	부들부들하고, 종이가 얇으며 힘이 없다.	종이가 얇으나 한지와 달리 빳빳하다.

	1번	2번	3번	4번	5번	6번	7번
종이 재질

	1번	2번	3번	4번	5번	6번	7번
1회	214.2	304.2	472.1	287.5	210.9	290.0	160.3
2회	474.1	322.5	288.6	407.9	481.0	515.7	502.7
3회	479.0	280.3	644.3	489.4	494.0	451.0	401.8
평균값	389.1	302.3	468.3	420.8	395.3	418.9	354.9

※소수점 둘째자리에서 반올림하여 소수점 첫째자리까지 평균값 측정.

위 그래프를 통해 종이비행기의 무게와 비행거리는 연관성이 없다는 것을 알 수 있다.

그래프가 약간 올라가는 듯하더니 2.758g, 모시지에서 갑자기 비행거리가 줄어든다.

무게가 클수록 비행거리가 길어진다는 사실은 4.2g, 색지를 통하여 확인할 수 있으나 모시지 때문에 ⇒ 무게가 비행거리에 비례한다는 결과를 내릴 수는 없다.

색도화지.구김지.한지.파인애플지.머메이드지.색종이.모시지. 순으로 비행거리가 측정되었다.

색지가 가장 비행거리가 긴 이유는 종이가 빳빳하여 종이비행기의 형체를 잘 유지하기 때문이라고 우리는 추측하고 있다. 그러나 여기서 또 모시지가 걸린다.

모시지도 종이비행기의 형태를 안정적으로 잘 유지하는 편에 속하기 때문이다.

⇒ 따라서 모시지에 대한 실험이 더 필요할 것으로 보인다.

3. 탐구과제 3 : 날리는 각도에 따른 종이비행기와 비행거리의 관계

가. 가설설정

45도에서 날린 종이비행기가 가장 멀리, 안정적으로 날 것이다.

나. 준비물

각도기, 나무판(30cm☓19cm), 노란 고무줄, 줄자, 색종이

다. 탐구방법

탐구과제1에서 가장 안정적으로 날았던 12번 종이비행기로 모든 실험을 진행한다.

종이크기는 15☓15, 무게는 1.4g, 색종이이다.

모든 실험은 3회 이상 실시하여, 그것의 평균값을 최종 측정값으로 한다.

바람의 영향을 최대한 덜 받기 위하여 모든 실험은 실내의, 일정한 장소에서 진행한다.

비행거리가 가장 긴 부분을 기준으로 측정한다.

이번 실험은 탐구과제2와 달리 나무판으로만 비행거리를 측정하였다. 직접 던져 각도를 맞추는 것은 매우 어려운 일이라 판단했기 때문이다.

라. 탐구결과

	1회	2회	3회	평균값
30∘	58	45	65	56
45∘	바로 앞에 떨어짐	바로 앞에 떨어짐	바로 앞에 떨어짐	바로 앞에 떨어짐
60∘	측정☓	측정☓	측정☓	측정☓

※길이 단위는 cm

30∘외에는 측정이 불가능했다. 60∘와45∘는 모두 바로 앞에 떨어져서 측정 자체가 불가능했다.

가장 잘 날 것이라 예상했던 45∘보다 30∘가 오히려 훨씬 잘 날았다.

0∘나 그보다 조금 더 높은 10∘정도가 가장 종이비행기가 잘 날 수 있다는 결론을 얻을 수 있다.

⇒우리가 실제 종이비행기를 날릴 때 거의 각도 없이 날리는 것도 은연중에 이 원리를 이용한 것이라고 할 수 있을 것이다.

Ⅳ. 결론

1.종이비행기의 비행거리와 날개길이는 연관성이 없다.

2.종이비행기의 비행거리와 전체길이는 연관성이 없다.

3.종이비행기의 앞이 뾰족하고, 날개가 길고, 끝이 뾰족하지 않으면 비행거리는 길어진다.

4.대체로 무게가 무거울수록 종이비행기의 비행거리는 길어진다.

5.대체로 두꺼운 종이 일수록 종이비행기의 비행거리는 길어진다.

6.종이비행기를 날릴 때 비행거리는 각도가 거의 없는 것이 가장 이상적이다.

Ⅴ. 전망 및 효과

앞에서 말했던 효과적인 종이비행기 만들기 방법을 통해

종이비행기 멀리 날리기 대회나 모형 비행기 대회 등에서

이 원리를 적용 할 수 있을 것이다.

<참고문헌>

http://www.paperairplane.or.kr/bbs/home/home/doc.php?doc=7

http://paperairplane.or.kr/bbs/home/home/doc.php?doc=5

http://www.scienceall.com/dictionary/dictionary.sca?todo=scienceTermsView&classid=&articleid=257699&bbsid=619&popissue=

http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=110404&docId=114087071&qb=7KKF7J2067mE7ZaJ6riwIOybkOumrA==&enc=utf8&section=kin&rank=2&search_sort=0&spq=0&sp=1&pid=g3J%2FO35Y7vwssvSLCfdssc--388959&sid=T373Amixfk8AAEE-S3w

http://100.naver.com/100.nhn?docid=109191

프로젝트 연구를 통한 나의 변화
1605김명진	아무렇지 않게 가지고 놀았던 종이비행기를 가지고 실험을 하게 되서 그렇게 힘들지도 않았고 하기 편해서 더 나름 재미있었던 것 같고 궁금했던 점을 학교 수업시간에 재미있게 풀 수 있어서 좋았다. 너무 수업만 하지 말고 앞으로도 이런 기회를 종종 가졌으면 좋겠다.
1625장수지	비행기 실험하는 동안 재밌었다. 비행기 무게에 따라 비행기의 비행거리가 다 달랐다. 그래서 속력은 무게와 연관이 있는 것 같다. 이 원리를 실제 비행기에도 한 번 적용해 보고 싶다. 실험은 딱히 어렵지 않았지만 결과를 분석하는 것은 어려운 것 같다.
1629천선아	친구들끼리 장난으로 접어서 날리던 종이비행기를 실험하면서 어떻게 해야 멀리, 오래 날지 무척 궁금했다. 학교 수업시간에 이런 실험을 하면서 궁금한 점을 풀면서 흥미로웠고 친구랑 종이비행기를 날린다면 내가 제일 잘 날릴 수 있을 것 같다.
1630최서영	실험을 할 때는 재밌고, 결과도 기대되고, 잘한 것 같고 그랬는데 막상 결과를 내려니까 생각보다 내가 원하던 결과도 안 나오고, 답답했다. 그러나 결과가 처음부터 잘나오면 그 많은 과학자들이 얼마나 억울할까. 그래서 이번 프로젝트를 통하여 왜 결과가 제대로 나오지 않았는지를 파악하는 것도 중요하다고 생각하게 되었다.
1633한지희	비행기 날리는 방법이 쉬운 줄만 알았는데 날려보고 측정하고 여러 가지 방법에 따라 접어보니 쉽게 접어 날리던 비행기의 원리가 어렵다는 것을 알게 되었다. 우리 일상 속에 이런 과학적인 원리가 있다는 것이 신기하고 놀라웠다.

※여기는 프로젝트탐구를 통해 알게 된 점이나 극복하게 된 문제점 등등 자신의 변화에 대해 5~6줄 정도 기록한다.

※이 보고서는 부경고등학교 홈페이지/학습활동/수과교실(학생용)에 2012.07.08.(일)까지 탑재해야 합니다.