매그너스(마그누스) 효과 - Magnus effect
유체를 통해 움직이는 회전하는 물체에서 관찰할 수 있는 현상.
회전하는 물체의 경로는 물체가 회전하지 않을 때의 경로와 다르다.
경로는 회전하는 물체의 반대편에 있는 유체의 압력 차이로 달라지며 이 효과는 회선 속도에 따라 달라진다.
매그너스 효과는 축구와 배구 또는 야구등에서 자주 활용된다. 또한 유도 미사일에 대한 회전의 영향을 연구하는 데 중요한 요소이며, 로터 선박과 비행기의 설계와 같은 일부 공학적 용도로도 사용된다.
구기 종목에서 탑스핀은 진행 방향에 수직인 수평 축을 중심으로 중력만 작용할 때 보다 더 크게 아래쪽으로 떨어지며,
백스핀은 중력만 작용할 때 보다 더 많은 비행거리를 연장하는 위쪽 힘을 생성한다.
사이드 스핀은 방향에 따라 좌우로 경로가 달라진다.
Magnus effect 유래
매그너스 효과는 이 현상을 연구한 독일의 물리학자 하인리히구스타프 매그너스(Heinrich Gustav Magnus)의 이름을 따왔다. (참고 : 쿠타-주코프스키 정리는 회전하는 원통에 가해지는 힘이며 이 효과를 처음 분석한 마틴 쿠타와 니콜라이 주코프스키(또는 주코프스키)의 이름을 따서 쿠타-주코프스키 리프트로 알려져 있다.)
압력 구배력 (Pressure gradient force)
압력 구배력은 표면에 압력 차이가 있을 때 발생하는 힘이다. 압력이라 함은 표면을 가로지르는 단위 면적당 힘이다. 쉽게 단위 면적단 누르는 힘이라고 생각하면 된다.
이 표면의 압력 다르면 뉴턴의 운동 제 2법칙에 따라 가속도가 발생한다. 결과적으로 높은 압력에서 낮은 압력 방향으로 향하는 힘을 압력 구배력이라고 한다.
지구 대기에서는 지표면보다 높은 고도에서 기압이 감소하여 대기에 작용하는 중력을 상쇄하는 압력 구배력이 발생한다.
회전하는 물체는 표면마다 압력이 달라져서 한쪽으로 압력 구배력이 작용하여 이동한다.
외부 탄도학에서 매그너스 효과
비행 중인 회전하는 총알은 종종 횡풍을 받는데, 이는 왼쪽이나 오른쪽에서 불어오는 것으로 단순화할 수 있다.
이 횡풍으로 인한 매그너스 효과는 회전하는 총알에 위쪽 또는 아래쪽 힘이 작용하여 총알의 비행경로가 위 또는 아래로 편향되어 탄착 지점에 영향을 미친다.
항공에서 매그너스 효과
일부 항공기는 매그너스 효과를 사용하여 날개 대신 회전하는 실린더로 양력을 생성하여 더 낮은 수평 속도로 비행할 수 있도록 제작된다.
공기보다 무거운 항공기에 매그너스 효과를 사용하는 최초의 시도는 1910년에 미국 국회의원인 매사추세츠의 버틀러 에임즈에 의해 이루어졌다.
다음 시도는 1930년대 초 뉴욕주의 세 명의 발명가에 의해 이루어졌다.
선박 추친 및 안정화
로터 세일을 장착한 로터 선박
로터 선박은 추진을 위해 마스트와 같은 실린더를 사용하여 만든 로터 세일을 배의 갑판에 수직으로 설치한다.
바람이 옆에서 불면 매그너스 효과로 인해 앞으로 추진력이 생긴다. 따라서 다른 범선과 마찬가지로 로터 세일이 장착된 로터 선박은 바람이 불 때만 앞으로 나아갈 수 있다.
이 효과는 수면 아래에 장착되어 옆으로 튀어나오는 회전 실린더로 구성된 특수한 유형의 선박 안정 장치에도 사용된다.
회전 방향과 속도를 제어하여 강력한 양력 또는 다운 포스를 생성할 수 있다.
현재까지 이 시스템의 가장 큰 배치는 이클립스 모터 요트이다.