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항력 계산기

단계 1 / 3 항력
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항력은 공기나 유체 속을 움직이는 모든 물체에 작용하는 공기 저항입니다. 물체의 속도, 정면 면적, 항력 계수, 공기 밀도를 입력하면 이 계산기가 표준 방정식 F_d = ½·ρ·v²·C_d·A를 이용해 항력을 구합니다. 결과는 뉴턴 단위로 즉시 표시되고 값을 바꿀 때마다 실시간으로 다시 계산되므로, 자전거 타는 사람, 자동차, 떨어지는 구를 몇 초 만에 비교할 수 있습니다.

이 계산기의 작동 방식

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    속도와 면적 입력

    물체의 속도를 초당 미터로, 정면 면적을 제곱미터로 입력하세요. 기류를 향하는 실루엣의 면적입니다.

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    항력 계수와 공기 밀도 추가

    항력 계수(무차원 형상 계수로 자동차는 약 0.3, 평판은 1.0)와 공기 밀도(해수면에서 1.225 kg/m³)를 입력하세요.

  3. 3

    항력 읽기

    항력은 뉴턴 단위로 표시되며 입력값을 바꿀 때마다 실시간으로 다시 계산됩니다.

공식

공기 항력은 속도의 제곱에 비례해 커지므로, 속도를 두 배로 하면 힘은 네 배가 됩니다.

F_d = ½ · ρ · v² · C_d · A

여기서:

  • F_d = 항력, 단위는 뉴턴(N)
  • ρ = 공기 밀도, 단위는 kg/m³(해수면·15 °C에서 ≈ 1.225)
  • v = 공기에 대한 상대 속도, 단위는 초당 미터(m/s)
  • C_d = 항력 계수, 무차원 형상 계수
  • A = 정면(단면) 면적, 단위는 m²

v² 항이 지배적이기 때문에 작은 속도 증가에도 많은 힘이 들고 많은 동력이 필요합니다. 동력은 힘 곱하기 속도이며 v³에 비례해 커지기 때문입니다.

계산 예제

도로 사이클 선수가 v = 12 m/s로 달리며 정면 면적 A ≈ 0.5 m², 항력 계수 C_d ≈ 0.9, 공기 밀도 ρ = 1.225 kg/m³인 경우:

F_d = ½ × 1.225 × 12² × 0.9 × 0.5 = 0.5 × 1.225 × 144 × 0.9 × 0.5 ≈ 39.7 N

이것이 선수가 이겨내야 하는 공기 저항이며, 이 속도에서는 전체 저항의 약 80 %를 차지합니다. 공기역학적 자세가 그토록 중요한 이유가 바로 이것입니다.

참고 값

대상 C_d 면적(m²) 비고
유선형 자동차 0.25 2.2 최신 세단
일반 자동차 0.30 2.2 평균적인 승용차
사이클 선수(직립) 0.90 0.5 브레이크 후드를 잡은 자세
구 0.47 π·r² 매끄러운 공
평판 1.28 면의 면적 최악의 경우, 흐름에 수직

흔한 실수

  • 표면적이 아니라 정면 면적을 사용하세요. A는 물체가 공기를 밀어내는 실루엣이지, 외부 전체 표면이 아닙니다.
  • 속도는 공기에 대한 상대값입니다. v를 계산할 때 맞바람은 대지 속도에 더해지고, 뒷바람은 빼집니다.
  • 공기 밀도는 일정하지 않습니다. 고도가 높아지면 낮아지고 추우면 높아져 항력을 몇 퍼센트 변화시킵니다.
  • C_d는 형상에 따라 달라집니다. 유선형 물방울은 계수가 매우 낮고, 흐름을 정면으로 마주한 평판이 최악의 경우입니다.

자주 묻는 질문

항력은 F_d = ½·ρ·v²·C_d·A입니다. 여기서 ρ는 공기 밀도(kg/m³), v는 속도(m/s), C_d는 항력 계수, A는 정면 면적(m²)입니다. 결과는 뉴턴으로 나타냅니다.

항력은 속도의 제곱에 의존하므로 속도를 두 배로 하면 힘은 네 배가 됩니다. 이를 이겨내는 데 필요한 동력은 속도의 세제곱에 비례하므로, 고속 이동이 그토록 에너지를 많이 소모하는 것입니다.

해수면에서 공기 밀도는 약 1.225 kg/m³입니다. 일반적인 항력 계수는 자동차가 대략 0.25~0.30, 매끄러운 구가 0.47, 직립한 사이클 선수가 0.9, 평판이 약 1.28입니다. 물체의 형상에 가장 잘 맞는 값을 선택하세요.

입력한 숫자는 결과를 계산하기 위해서만 서버로 전송됩니다. 저장되지 않으며 절대 공유되지 않습니다.

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