2021. 8. 3. 10:41ㆍTheory
#1.
오늘은 탄알을 '더 멀리' 보내기 위해 상당히 중요한 홉업과 관련된 개념에 대하여 알아보겠습니다.
- 홉업의 의미
- 탄알을 발사시킬 때 그것에 역회전을 걸어
- 탄이 이너배럴 밖으로 나가는 순간 매그너스 효과를 이용하여
- 탄알의 운동방향에 변화를 주어 탄을 상승시키고
- 결과적으로 전체 진행되는 사정거리를 증가시키는 것
홉업의 개념은 상당히 방대하여 추후 다른 글에서 정리를 해보고, 오늘은 홉업이 생기게 하는 물리효과에 대해 알아보고자 합니다.
#2.
베르누이란 스위스의 과학자로 1738년 유체의 흐름, 기체와 열의 운동에 대한 내용으로 '유체동역학(hydrodynamica)'란 책을 썼습니다. 우리가 이야기할 압축공기 역시 이상기체(ideal gas)는 아니지만 이 원리에 적용을 받습니다. 이것을 통해 현대과학에서는 비행기의 상승이나 배의 진행, 야구공의 회전운동 등을 설명하지만 탄알의 홉업장치에서도 이를 확인할 수 있습니다.
에어소프트에 적용되는 내용만 쉽게 설명하면 셀프세차 중인 호스를 생각해보면 됩니다.
우리는 호스의 끝을 좁게 쥐면 물이 더 빠르고 강하게 나가는 것을 알수 있습니다. 즉, 물(유체)이 일정한 힘으로 호스내부에서 뿜어져 나온다면, 더 좁은 곳에서 더 빠르게 진행된다는 것을 의미합니다.
그렇다면 이때 '호스의 내부압력'은 각 부위에서 어떤 차이가 있을까요? 호스의 굵은 부분을 지나는 물은 천천히 진행을 하고, 호스의 좁은 부분을 지나는 물은 빠르게 진행하게 됩니다. 그런데 물이 지나는 공간인 호스는 하나로 이뤄져 있기 때문에 더 빠른 속도로 지나가는 부분의 내부압력은 상대적으로 더 작아집니다.
직관적 이해를 위해, 빠O코 등 끝이 좁아지는 형태의 튜브에 담긴 젤리를 먹는 경우를 생각해 봅니다.
아래쪽의 압력이 큰 부분을 손으로 누르면 위쪽에 젤리가 나오는 좁은 입구쪽으로 젤리가 빠르게 나오게 되는데, 생각보다 아래쪽을 손으로 누르는 힘(두꺼운 곳의 내부압력)에 비해 입쪽에서 받는 힘(좁은 곳의 내부압력)은 거의 없음을 알수 있습니다.
이것이 어렵다면 그냥 아래 설명으로 넘어가셔도 좋습니다.
- 유체의 속도가 높은 곳에서는 압력이 낮고/ 유체의 속도가 낮은 곳에서는 압력이 높다.
탄알이 이너배럴을 통과할때 실제 탄과 이너배럴 사이에는 미세한 공기의 층(노란색)이 형성되어 있습니다. 그리고 홉업노브는 직접 발사직전의 탄알을 누름(빨간점선)으로 인해, 출발하는 발사체(탄알)가 역회전을 시작하게 만듭니다.
이때 이너배럴 내부에 존재하는 공기의 층은 위/아래에서 각각 다르게 작용하는데 아래의 그림처럼 베르누이의 원리에 따라 위쪽에 흐르는 공기층의 속도가 더 빠르게 진행됩니다(탄알의 회전에 의해 위쪽으로는 역방향으로 공기가 흐르고, 아래쪽으로 정방향으로 공기가 흐른다면 당연히 탄알이 한번에 직진하려면 위쪽 공기의 흐름이 더 빠르게 진행되어야 하는 것으로 이해).
그러므로 위쪽공간의 내부압력이 상대적으로 작아집니다. 그리고 이렇게 진행이 되며 좁은 내부공간에 담겨있던 이 플라스틱 덩어리는 이너배럴을 빠져나와 외부로 나오는 순간 위아래의 압력차이에 의해 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 힘을 받게되며 위로 상승하게 되는 효과를 갖습니다(②). 그리고 더 먼 거리까지 이동하게 됩니다.
즉, 더 탄알을 더 높게 상승시켜 '속도를 직접 증가시키지 않고도' 더 멀리 이동하게 만들어줍니다. 변위를 더 길게 하기 위해 이동거리를 더 길게 하는 방식을 취하는 것입니다.
#3.
관련 내용에 대한 짧은 영상들을 첨부합니다.
- 베르누이 원리
#4.
다음으로 매그너스 효과로 넘어가보겠습니다.
2021.08.03 - [Table of Contents] - 05. 베르누이 원리(Bernoulli theorem) & 매그너스 효과 (Magnus effect) Part 2
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