평소 과학축전 같은 곳 에 가 보면 탁구공을 헤어 드라이기의 바람 위에 놓으면 탁구공이 공중에 떠 있는 모습을 볼 수 있습니다. 또, 다이슨 에어랩은 머리카락을 고정하는 장치 없이도 머리카락을 말아줍니다. 바로 이러한 현상들이 나타나는 이유가 바로 코안다 효과입니다. 그렇다면 과연 코안다 효과란 무엇이고, 어떻게 사용되는 지 알아봅시다.
코안다 효과란?
코안다 효과(Coanda Effect)는 유체가 곡면과 접촉하면서 흐를 때, 유체가 직선으로 흐르는 대신 곡면의 곡률을 따라서 유체가 흐르는 현상을 말합니다. 이를 확인할 수 있는 간단한 실험이 위에서 언급한 탁구공을 이용한 실험입니다. 탁구공을 헤어 드리이기 위에 올려놓고 전운을 키면 탁구공이 헤어 드라이기 위의 공중에서 가만히 머무는 것을 알 수 있습니다. 이는 헤어 드라이기에서 나오는 바람이 탁구공의 곡면을 따라 흐르면서 탁구공이 탁구공이 헤어 드라이기 위에 머물게 됩니다.
그렇다면 이 코안다 효과가 발생하는 이유는 무엇일까요? 이를 알기 위해서는 먼저 베르누이의 원리에 대해서 알아야 합니다. 베르누이의 원리에 대해 간단히 설명하면 유체의 속도가 높은 곳에서는 압력이 낮고, 유체의 속도가 낮은 곳에서는 압력이 높아진다는 원리입니다.
그렇다면 이제 코안다 효과의 원리에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
공기를 빠르게 분사하면 베르누이의 원리에 의해서 빠르게 분사된 공기의 주변이 상대적으로 저기압을 형성하게 됩니다. 이로 인해 주면에서 제트쪽에 압력을 주게 되고, 그 압력 때문에 제트가 곧게 뻗어나가게 됩니다.
하지만 만약 제트 바로 아래에 벽이 있다면 1번 그림의 아래쪽에서 작용하는 압력을 받지 못하게 됩니다.
아래쪽에서 작용하는 압력을 받지 못하게 되면 2번 그림처럼 제트에 작용하는 알짜힘이 아래쪽으로 작용하는데, 이 힘에 의해서 의해서 3번 그림처럼 제트가 벽 쪽에 붙어서 흐른다는 것을 알 수 있습니다. 또 이를 이용하면 아래쪽에 곡면이 있더라도 같은 원리에 의해서 곡면을 따라 움직인다는 것을 알 수 있습니다.
코안다 효과의 활용
코안다 효과가 사용된 대표적인 물건이 바로 다이슨의 에어랩 스타일러 입니다. 에어랩 스타일러의 곡면 주위에 공기를 흐르게 하여 공기를 따라 머리카락이 에어랩 스타일러 주위에 감기게 됩니다. 이밖에도 항공기의 제트엔진을 만들때, 비행기의 날개에서도 코안다 효과가 쓰입니다. 이처럼 다양한 분야에 사용되는 코안다 효과는 앞으로도 여러 분야에 활용될 것 이라고 생각됩니다.
필요한 피직스 2019 봄호
작성자: 19-102 조준수
분야: 유체 역학
참고문헌: [1] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coand%C4%83_effect (코안다 효과 원리)
[2] http://www.discoverhover.org/infoinstructors/guide8.htm (코안다 효과)
[3] http://www.formula1-dictionary.net/coanda_effect.html (코안다에 대해서)
[4] https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=6358 279&memberNo=21815 (베르누이 원리)
이미지: [1] http://www.discoverhover.org/infoinstructors/guide8.htm
(코안다 사진, 커버이미지)
[2] https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=6358 279&memberNo=21815 (베르누이 방정식)
[3] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coand%C4%83_effect (코안다 효과 사진)
[4] https://m.pann.nate.com/talk/202121102 (제트엔진)
동영상: [1] https://youtu.be/Nr2wlFa4rwQ (다이슨 에어랩)
ⓒ KOSMOS Physics