플라잉디스크의 비행원리를 설명해준다는 웹사이트, 블로그, 유튜브는 많지만,
대부분 양력, 중력, 항력, 스핀(원심력) 정도만 설명하면서
'비행기날개처럼 양력이 발생하니 떨어지지 않고 비행한다' 정도에 그치고 있다.
그런데 실제로 플라잉디스크를 던져보면 비행궤적이 상하뿐 아니라
좌우로도 변하면서 비행한다는 것을 확인할 수 있다.
심한 경우 좌우로 S자형으로 휘면서 비행하는 것이 확인되는데,
왜 이렇게 비행하는지에 대해서 설명한 곳을 찾기는
국내외를 막론하고 매우 어렵다.
이런 비행특성은 시합에 나서는 프로선수들에게는 꽤 중요한데,
얼티미트 선수들의 경우, 이런 현상을 이해하고 원반을 쫓아 달려가야
캐치할 장소를 미리 예측할 수 있다.
나무, 호수, 바위, 언덕과 같은 장애물을 피해 원반을 타겟에 접근시켜야 하는
디스크골프 선수들에게는 더더욱 비행궤적 예측이 중요하다.
(그래서 모든 골프디스크 브랜드에는 FADE와 TURN의 수치를 숫자로 표기하고 있다)
사실 FADE와 TURN의 원리에 대해 속시원한 설명을 찾지는 못해서
그냥 이해하게 된 정도만 설명을 해보고
추후 더 확인하게 되면 업데이트를 하려고 한다.
오른손잡이가 백핸드로 던졌을 경우(RHBH, Right hand Back hand)를 기준으로
TURN은 비행초중반 속도와 회전력이 강할 무렵에 오른쪽으로 휘어나가는 현상을
FADE는 비행말기에 속도와 회전력이 줄고 하강할 무렵에 왼쪽으로 휘어 들어오는 현상을 말한다.
아래 그림은 이노바의 디스턴스 드라이버의 비행궤적인데
Archon과 Mamba의 경우 오른쪽으로 휘었다가 다시 왼쪽으로 휘면서
비행이 마무리되는 것을 확인할 수 있다.
비행초중반에 오른쪽으로 휘는 것은
마그누스 효과 Magnus effect에 의한 것으로 이해하면 된다.
원반에 양력이 생기는 원리를 설명할 때
베르누이의 법칙이 등장한다.
베르누이의 법칙에 대한 설명은 네이버나 유튜브에
자세히 잘 설명한 곳이 많아 생략하고......
(양력관련하여서는 상단메뉴 ABOUT / 비행원리 참조요망)
이 베르누이의 법칙을 회전하면서 운동하는 물체에 적용시킨 것이
바로 마그누스효과이다.
위의 그림은 오른손잡이가 백핸드로 그림의 오른쪽 방향으로
원반을 던졌을때의 모습이라고 보면 된다.
진행방향의 왼쪽방향(그림에서 원반의 12시방향)과 오른쪽방향(그림에서 원반의 6시방향)에서의
공기와 회전하는 원반표면의 마찰정도를 비교해보면
(참고로, 공기가 기체라고 마찰이 없는게 아니다. 눈에 잘 안보일 뿐 무수히 많은 공기분자 알갱이들이다)
왼쪽편이 마찰이 크고, 따라서 압력이 상대적으로 높다.
반면 오른편은 마찰이 적고, 따라서 상대저긍로 압력이 낮다.
이때 형평성(?) 차원에서 압력이 적은 쪽으로 원반을 움직이는 힘이 생긴다.
(아..여긴 좁아 죽겠어..저기 한적한 대로 좀 가~ 이런 현상...)
이게 바로 마그누스 효과이다.
그래서 비행초반에는 원반이 오른쪽으로 움직이게 된다.
단, 약하게 던져서는 원반을 오른쪽으로 움직일만큼의 힘이 발생하지 않는다.
위의 이노바 디스턴스드라이버의 비행궤적 그림을 보면
하수와 고수의 비행궤적을 따로 표시해놓았는데
하수의 비행궤적은 오른쪽으로 전혀 휘지 않는다.
왜냐하면 하수들은 원반에 강한 스핀과 속도를 부여하지 못하기에
마그누스 효과를 일으키지 못하는 것이다.
탁구 하수가 드라이브를 못걸거나 대충 걸긴해도 별로 휘는 효과가 느껴지지 않는 것도
마그누스 효과를 일으키지 못했기 때문이다.
마그누스 효과로 인해 오른쪽으로 원반이 휠때,
그냥 원반이 오른쪽으로 움직이는게 아니라
던지는 사람기준에서 볼때
원반 왼쪽편은 살짝 들리고, 오른쪽편은 살짝 아래로 내려가면서
오른쪽으로 휘게 된다.
https://youtu.be/QtP_bh2lMXc
참고로 위 유튜브를 보면 마그누스 효과를 직관적으로 알 수 있다.
유튜브에 등장하는 농구공의 회전방향과 휘어져나가는 방향을 잘 살펴보자.
여기까지의 TURN에 대한 설명은 그나마 쉬운 편이다.
문제는 FADE 다.
TURN이나 마그누스 효과는 탁구의 드라이브, 야구 변화구, 축구 바나나킥과 같이
구기스포츠에서 쉽게 눈으로 볼 수 있기에 이해하기 쉽다.
하지만 FADE는 왜 발생하는지
정확하게 설명하는 사람이 거의 없는게 현실이다.
이건 세차운동으로 설명하는 것이 비교적 편하다.
(세차운동외에 다른 원리로 설명하는 웹사이트도 있긴하다)
전문가들은 세차운동을 자이로스코프로 설명을 하곤 하는데
우리에게 친숙한 팽이로 세차운동을 이해하면 좀 쉽다.
위 그림은 팽이의 세차운동이다.
아쉽게도 팽이의 회전방향 Ws가
오른손잡이 백핸드가 아닌,
오른손잡이 포핸드기준으로 돌고 있어서 조금 헷갈리긴 하지만
Ws의 회전방향과 세차운동 Wp의 회전방향이 같다는 점을 주의깊게 보자.
즉, 팽이를 던졌을 때 팽이의 회전방향과
뒤뚱거릴때, 축의 흔들리는 방향도 같다는 것을 기억하자.
팽이처럼 땅에 닿는 축은 없지만
이런 세차운동이 원반에도 그대로 적용된다.
원반의 비행이 중후반에 접어들면
속도가 떨어지면서 하강을 하게 된다.
하강을 하게 되면 원반의 앞부분이 바람을 맞는 방향(angle of attack)이
엄밀히 말해 원반의 정면이 아니다.
원반이 약간씩 하강하면서 전진하기 때문이다.
예를들어, 우리가 개미만하게 축소되어
원반의 앞부분에 올라타서 눈을 감은채
얼굴에 스쳐 지나가는 바람을
느낀다고 가정하면,
하강할 때는 원반의 정면이 아니라 정면의 약간 아래쪽으로부터
불어온다고 느끼게 될 것이다.
이때 원반의 앞부분이 살짝 들리는 현상이 발생하게 된다.
(아이고 어렵다...)
이는 원반의 무게중심과 원반의 양력 중심이 다르기 때문이다.
양력중심은 무게중심보다 진행방향기준 약간 더 앞쪽에 형성된다.
그렇기때문에 원반이 살짝 들리게되고
이때부터 세차운동...즉, 팽이의 뒤뚱거림 현상과
비슷한 움직임이 시작된다.
위 그림에서 Wp 의 회전방향이
Ws의 회전뱡향과 같다고 했듯이
원반을 오른쪽잡이가 백핸드로 던지면
비행 정점을 지나 하강하기 시작하게 되면서
원반 앞쪽이 살짝 들리게되고,
Ws의 회전방향이 원반의 스핀방향과 동일한 시계방향이니까
잠시후에는 원반의 오른쪽이 들리게 된다.
오른쪽이 들려진 원반은 왼쪽으로 휘어져 떨어지면서 비행하게 된다.
만약 원반이 힘이 남아있어서 더 비행할 수 있다면
세차운동이 시계방향이니 잠시후에는 원반의 뒷쪽이 들리게 차례가 된다.
하지만 원반의 뒷쪽이 들린다는 것은
원반이 빠른 속도로 땅으로 하강하게 된다는 것.
다소 다른 원리와 의견을 제시하는 글도 여럿 있었으나
이해가 되는 부분만 발췌하여 정리하였습니다.
물리학에 정통한 분들의 의견 부탁드리겠습니다.
플라잉디스크의 비행원리를 설명해준다는 웹사이트, 블로그, 유튜브는 많지만,
대부분 양력, 중력, 항력, 스핀(원심력) 정도만 설명하면서
'비행기날개처럼 양력이 발생하니 떨어지지 않고 비행한다' 정도에 그치고 있다.
그런데 실제로 플라잉디스크를 던져보면 비행궤적이 상하뿐 아니라
좌우로도 변하면서 비행한다는 것을 확인할 수 있다.
심한 경우 좌우로 S자형으로 휘면서 비행하는 것이 확인되는데,
왜 이렇게 비행하는지에 대해서 설명한 곳을 찾기는
국내외를 막론하고 매우 어렵다.
이런 비행특성은 시합에 나서는 프로선수들에게는 꽤 중요한데,
얼티미트 선수들의 경우, 이런 현상을 이해하고 원반을 쫓아 달려가야
캐치할 장소를 미리 예측할 수 있다.
나무, 호수, 바위, 언덕과 같은 장애물을 피해 원반을 타겟에 접근시켜야 하는
디스크골프 선수들에게는 더더욱 비행궤적 예측이 중요하다.
(그래서 모든 골프디스크 브랜드에는 FADE와 TURN의 수치를 숫자로 표기하고 있다)
사실 FADE와 TURN의 원리에 대해 속시원한 설명을 찾지는 못해서
그냥 이해하게 된 정도만 설명을 해보고
추후 더 확인하게 되면 업데이트를 하려고 한다.
오른손잡이가 백핸드로 던졌을 경우(RHBH, Right hand Back hand)를 기준으로
TURN은 비행초중반 속도와 회전력이 강할 무렵에 오른쪽으로 휘어나가는 현상을
FADE는 비행말기에 속도와 회전력이 줄고 하강할 무렵에 왼쪽으로 휘어 들어오는 현상을 말한다.
아래 그림은 이노바의 디스턴스 드라이버의 비행궤적인데
Archon과 Mamba의 경우 오른쪽으로 휘었다가 다시 왼쪽으로 휘면서
비행이 마무리되는 것을 확인할 수 있다.
비행초중반에 오른쪽으로 휘는 것은
마그누스 효과 Magnus effect에 의한 것으로 이해하면 된다.
원반에 양력이 생기는 원리를 설명할 때
베르누이의 법칙이 등장한다.
베르누이의 법칙에 대한 설명은 네이버나 유튜브에
자세히 잘 설명한 곳이 많아 생략하고......
(양력관련하여서는 상단메뉴 ABOUT / 비행원리 참조요망)
이 베르누이의 법칙을 회전하면서 운동하는 물체에 적용시킨 것이
바로 마그누스효과이다.
위의 그림은 오른손잡이가 백핸드로 그림의 오른쪽 방향으로
원반을 던졌을때의 모습이라고 보면 된다.
진행방향의 왼쪽방향(그림에서 원반의 12시방향)과 오른쪽방향(그림에서 원반의 6시방향)에서의
공기와 회전하는 원반표면의 마찰정도를 비교해보면
(참고로, 공기가 기체라고 마찰이 없는게 아니다. 눈에 잘 안보일 뿐 무수히 많은 공기분자 알갱이들이다)
왼쪽편이 마찰이 크고, 따라서 압력이 상대적으로 높다.
반면 오른편은 마찰이 적고, 따라서 상대저긍로 압력이 낮다.
이때 형평성(?) 차원에서 압력이 적은 쪽으로 원반을 움직이는 힘이 생긴다.
(아..여긴 좁아 죽겠어..저기 한적한 대로 좀 가~ 이런 현상...)
이게 바로 마그누스 효과이다.
그래서 비행초반에는 원반이 오른쪽으로 움직이게 된다.
단, 약하게 던져서는 원반을 오른쪽으로 움직일만큼의 힘이 발생하지 않는다.
위의 이노바 디스턴스드라이버의 비행궤적 그림을 보면
하수와 고수의 비행궤적을 따로 표시해놓았는데
하수의 비행궤적은 오른쪽으로 전혀 휘지 않는다.
왜냐하면 하수들은 원반에 강한 스핀과 속도를 부여하지 못하기에
마그누스 효과를 일으키지 못하는 것이다.
탁구 하수가 드라이브를 못걸거나 대충 걸긴해도 별로 휘는 효과가 느껴지지 않는 것도
마그누스 효과를 일으키지 못했기 때문이다.
마그누스 효과로 인해 오른쪽으로 원반이 휠때,
그냥 원반이 오른쪽으로 움직이는게 아니라
던지는 사람기준에서 볼때
원반 왼쪽편은 살짝 들리고, 오른쪽편은 살짝 아래로 내려가면서
오른쪽으로 휘게 된다.
https://youtu.be/QtP_bh2lMXc
참고로 위 유튜브를 보면 마그누스 효과를 직관적으로 알 수 있다.
유튜브에 등장하는 농구공의 회전방향과 휘어져나가는 방향을 잘 살펴보자.
여기까지의 TURN에 대한 설명은 그나마 쉬운 편이다.
문제는 FADE 다.
TURN이나 마그누스 효과는 탁구의 드라이브, 야구 변화구, 축구 바나나킥과 같이
구기스포츠에서 쉽게 눈으로 볼 수 있기에 이해하기 쉽다.
하지만 FADE는 왜 발생하는지
정확하게 설명하는 사람이 거의 없는게 현실이다.
이건 세차운동으로 설명하는 것이 비교적 편하다.
(세차운동외에 다른 원리로 설명하는 웹사이트도 있긴하다)
전문가들은 세차운동을 자이로스코프로 설명을 하곤 하는데
우리에게 친숙한 팽이로 세차운동을 이해하면 좀 쉽다.
위 그림은 팽이의 세차운동이다.
아쉽게도 팽이의 회전방향 Ws가
오른손잡이 백핸드가 아닌,
오른손잡이 포핸드기준으로 돌고 있어서 조금 헷갈리긴 하지만
Ws의 회전방향과 세차운동 Wp의 회전방향이 같다는 점을 주의깊게 보자.
즉, 팽이를 던졌을 때 팽이의 회전방향과
뒤뚱거릴때, 축의 흔들리는 방향도 같다는 것을 기억하자.
팽이처럼 땅에 닿는 축은 없지만
이런 세차운동이 원반에도 그대로 적용된다.
원반의 비행이 중후반에 접어들면
속도가 떨어지면서 하강을 하게 된다.
하강을 하게 되면 원반의 앞부분이 바람을 맞는 방향(angle of attack)이
엄밀히 말해 원반의 정면이 아니다.
원반이 약간씩 하강하면서 전진하기 때문이다.
예를들어, 우리가 개미만하게 축소되어
원반의 앞부분에 올라타서 눈을 감은채
얼굴에 스쳐 지나가는 바람을
느낀다고 가정하면,
하강할 때는 원반의 정면이 아니라 정면의 약간 아래쪽으로부터
불어온다고 느끼게 될 것이다.
이때 원반의 앞부분이 살짝 들리는 현상이 발생하게 된다.
(아이고 어렵다...)
이는 원반의 무게중심과 원반의 양력 중심이 다르기 때문이다.
양력중심은 무게중심보다 진행방향기준 약간 더 앞쪽에 형성된다.
그렇기때문에 원반이 살짝 들리게되고
이때부터 세차운동...즉, 팽이의 뒤뚱거림 현상과
비슷한 움직임이 시작된다.
위 그림에서 Wp 의 회전방향이
Ws의 회전뱡향과 같다고 했듯이
원반을 오른쪽잡이가 백핸드로 던지면
비행 정점을 지나 하강하기 시작하게 되면서
원반 앞쪽이 살짝 들리게되고,
Ws의 회전방향이 원반의 스핀방향과 동일한 시계방향이니까
잠시후에는 원반의 오른쪽이 들리게 된다.
오른쪽이 들려진 원반은 왼쪽으로 휘어져 떨어지면서 비행하게 된다.
만약 원반이 힘이 남아있어서 더 비행할 수 있다면
세차운동이 시계방향이니 잠시후에는 원반의 뒷쪽이 들리게 차례가 된다.
하지만 원반의 뒷쪽이 들린다는 것은
원반이 빠른 속도로 땅으로 하강하게 된다는 것.
다소 다른 원리와 의견을 제시하는 글도 여럿 있었으나
이해가 되는 부분만 발췌하여 정리하였습니다.
물리학에 정통한 분들의 의견 부탁드리겠습니다.