비행기와 공기의 과학 원리를 풀어 쓴, 새로운 개념의 ‘교양공학서’
비행기에 관한 물음표를 느낌표로 바꿔주는 책

세상에서 가장 빠른 비행기 SR-71이 던지는 물음들
영화에서 언급된, 최대 고도 기록 8.5만 피트(26만km)를 가진 SR-71은 도대체 무엇일까?
SR-71은 최대 마하 3.3의 속도를 내는 세계에서 가장 빠른 비행기로, 엄청난 속력과 높은 고도로 대공 미사일을 피하면서 적진의 상공을 날도록 설계된 초음속 정찰기다. 기체의 빛깔이 검어서 블랙버드라는 별명으로도 불리는데, 위장을 위해 검정색 페인트를 칠한 것이다.
이상하다? 위장하기 위한 것이라면 왜 하늘과 같은 파란색 계통을 두고 검은색을 사용했을까? SR-71이 날아다니는 20km 이상의 고도에서는 공기가 희박하여 짙은 푸른색에서 검은색을 띠기 때문에 높이 날아다니는 SR-71은 검은색 페인트를 칠한 것이다.
그러면 왜 높은 하늘에는 공기가 별로 없을까? 공기는 무게를 갖고 있고, 지구의 중력에 의해 끌어당겨져 대부분이 지구 표면에 몰려 있다. 그래서 높은 산에 올라가면 공기가 부족해 기압이 낮아져서 밥이 설익게 되고, 더 높이 올라가면 호흡하기조차 힘들어지는 것이다.
질문이 꼬리에 꼬리를 잇는다. 이 책은 이렇게 비행기라는 하나의 소재로 수많은 주제를 넘나들며 과학의 재미에 빠져들게 한다.

꼬리에 꼬리를 무는 질문들이 뇌 속에 ‘과학의 숲’을 만든다
다빈치가 고안한 헬리콥터형 날틀은 날 수 있을까? 새가 날갯짓하는 것은 뜨기 위해서인가 앞으로 나가기 위해서인가? 사람 팔에 날개를 달면 날 수 있을까? 하늘로 올라가면 태양과 가까워져서 더워지는 것일까? 라이트 형제는 어떤 이유로 동력비행에 성공했을까? 비행기를 타고 에베레스트 산보다 높이 나는데 어째서 호흡이 곤란하지 않을까? 연료 없이 며칠이고 날 수 있는 비행기가 있을까?

학생들에게 과학을 가르치는 저자는, 학생들이 입시에 허덕이느라 학년이 올라갈수록 폭넓게 생각하는 능력이 사라진다고 한다. 그래서 저자는 과학을 가르칠 때 학생들에게 배운 것과 배우지 않은 것을 너무 구분하지 말라고 한다. 또 배우지 않은 문제는 못 푼다는 생각을 버리라고 한다. 배우지 않은 것도 이치를 따져 생각해보면 알 수도 있고, 그런 과정 자체가 공부이기 때문이다.
과학에서 다루는 내용은 우리가 살아가면서 경험으로 많은 부분 알게 된다. 이러한 지식들을 교육과정을 통해서 체계적으로 연결시켜주면 풍성한 결실을 얻을 것인데, 현실은 그렇지 못한 경우가 많다. 어쩌면 우리나라의 교육 과정이 이런 결과를 초래하였는지도 모른다.
그래서 저자는 이렇게 많은 물음표들을 우리에게 쏟아낸다. 그렇지만 걱정할 필요는 없다. 이 책을 따라 읽다보면 어느새 수많은 물음표들이 느낌표로 바뀔 테니까. 그리고 결국 그 해답들이 뇌 속에 ‘과학의 숲’을 형성하게 된다.

쉽게 풀어 쓴 비행기와 공기, 그리고 항공역학 이야기
1장에서는 비행기의 역사를 통해 비행기 기술의 발달 과정을 알아본다. 레오나르도 다빈치의 날틀과 라이트 형제의 비행 성공, 린드버그의 대서양 횡단까지 비행기를 연구한 사람들이 겪은 수많은 사연들을 통해 비행기가 어떻게 발달했는지 알 수 있다.

잘 알겠지만 동력 비행기로 최초의 비행에 성공한 사람은 라이트 형제입니다. 그렇지만 이 책을 통해 보았듯 라이트 형제의 성공이 있기까지는 많은 사람들의 연구가 밑거름이 되었습니다. 2,000회 이상 활공 비행을 한 릴리엔탈, 양력을 이용한 비행을 주장한 케일리, 모형 고무 동력기로 비행기의 안정성을 실현한 페노, 라이트 형제에게 많은 가르침을 준 랭글리 교수, 그리고 이름도 거론되지 않은 많은 사람들의 노력이 있었기 때문에 라이트 형제가 성공할 수 있었음을 알아야 하겠습니다. (63-64p, ‘1장 날고 싶은 인간의 욕망: 엔진을 단 비행기’ 중에서)

사람도 팔 힘으로 날기 위해서는 가슴에 커다란 뼈가 불쑥 튀어나와 있고, 다리 근육보다도 강한 근육이 가슴과 팔 사이에 붙어 있어야 합니다. 그리고 몸무게를 줄이기 위해 머리도 작아야 하고, 무거운 다리도 새처럼 가늘어야 하고……. 참으로 고칠 곳이 많습니다. 그러나 이렇게 고치고 나면 어디 사람 모습이겠습니까? 아마 새로운 생물이 발견되었다고 시끄러워지겠지요? (35p, ‘1장 날고 싶은 인간의 욕망: 팔에 날개를 달면 날 수 있을까?’ 중에서)

2장에서는 비행기가 어떤 원리로 날고, 어떤 장치들을 갖추고 있는지 살펴본다.
네 가지 힘이 평형을 이룰 때 비행기는 날 수 있다. 지구가 물체를 잡아당기는 힘(중력)과 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘(양력)의 크기가 같고, 비행기가 날아가는 힘을 방해하는 힘(항력)과 비행기가 항력에 대항해 비행기를 전진하도록 하는 힘(추력)도 크기가 같다.

비행기가 일정한 속도, 일정한 높이, 일정한 방향으로 나는 것을 등속수평 비행이라고 합니다. 등속수평 비행을 할 때는 네 가지 힘이 평형을 이룹니다. 즉 중력과 양력이 크기가 같고 방향이 반대인 평형을 이루고, 항력과 추력도 크기가 같고 방향이 다른 평형을 이룹니다. 이 등속수평 비행은 여러 형태의 비행 중에서 가장 기본적인 것이기 때문에 어떠한 비행기이든 등속수평 비행할 때의 특성과 성능에 큰 중요성을 둡니다.
(161p, ‘2장 비행기는 어째서 날게 될까? : 동력이 있는 비행기에 작용하는 힘’ 중에서)

자동차나 배는 천천히 가고 싶으면 천천히 가고 빨리 가고 싶으면 빨리 갈 수 있습니다. 그만큼 속력에 있어서는 대단히 자유롭습니다. 하지만 비행기는 날개가 공기를 가르면서 전진해야만 양력이 발생하여 하늘에 뜰 수 있는 원리를 가지고 있기 때문에 공중에 떠 있기 위해서는 어떻게든 앞으로 전진해야 하는 운명을 타고났습니다.
(211-212p, ‘2장 비행기는 어째서 날게 될까? : 순항과 이착륙’ 중에서)

3장에서는 세상에서 가장 빠른 비행기, 가장 큰 비행기, 가장 높이 나는 비행기, 가장 오래 나는 비행기를 소개한다. 또 배인지 비행기인지 정의하기 쉽지 않은 하늘을 나는 배, 위그선과 앞으로 활약이 기대되는 무인항공기와 초소형 비행체를 소개한다.

SR-71 블랙버드는 지금까지 만들어진 그 어떤 비행기보다 기막힌 비행기 중의 하나입니다. SR-71은 엄청난 속력과 높은 고도로 대공 미사일을 피하면서 적진의 상공을 날도록 설계된 초음속 정찰기입니다. 26km 이상의 고도에서 최대 마하 3.3의 속도로 안전하게 날 수 있습니다. 이 비행기가 달성한 기록은 30년이 지난 지금도 따라잡지 못하고 있습니다.
(225-226p, ‘3장 비행기는 어째서 날게 될까? : 가장 빠른 비행기’ 중에서)

무인항공기는 모양, 크기, 특성 등이 매우 다양합니다. 그래서 무인항공기의 범위가 어디까지인지 헛갈릴 때가 있을 것입니다. 그러면 미사일은 무인항공기에 속할까요, 아닐까요? 답은 ‘아니다’입니다. 미사일은 조종사가 타지 않고, 비행 방법도 위의 세 가지 중 하나를 따르기 때문에 무인항공기와 유사하지만 큰 차이점은 있습니다. 그것은 재사용 여부입니다. 모름지기 항공기라고 하는 것은 이착륙을 반복할 수 있는 날틀입니다. 미사일의 경우는 비행체 자체가 무기로서 한 번 사용하면 폭발하기 때문에 미사일을 구성한 모든 것이 파괴되고 맙니다. 그러므로 항공기라고 하기에는 무리가 있고, ‘똑똑한 폭탄’이 더 어울린다고 할 수 있겠습니다.
(281p, ‘3장 비행기는 어째서 날게 될까? : 무인항공기’ 중에서)