항력

유체 속을 어떤 물체가 운동할 때 그 물체의 운동 방향과 반대 방향으로 유체가 저항해서 물체를 뒤로 밀어내는 힘. 특히 고속으로 움직일수록 항력도 급속도로 커져서 고속으로 이동하는 물체, 예를 들면 비행기나 고속철도, 자동차의 효율을 떨어뜨리는 주요한 원인이 된다. 항공기나 자동차를 비롯한 운송 수단을 설계할 때에는 무척 중요한 요소가 된다. 유선형이 디자인이 널리 쓰이는 이유도 항력을 줄이기 위한 목적이다. 비행기가 지상에서 10km가 넘는 높은 고도를 날아가는 이유 중 하나도 고도가 높으면 공기의 밀도가 적기 때문에 그만큼 항력이 줄어들기 때문이다. 그러나 너무 고도가 올라가면 엔진에 필요한 공기의 공급에 문제가 생기므로 적절한 수준에서 타협이 필요하다. 과급장치는 원래 자동차보다 비행기 쪽에서 먼저 개발된 것인데 공기 밀도가 낮은 고공에서 연소에 충분한 공기를 확보하기 위해서는 공기 과급이 필수다. 과급장치 개발로 비행기가 더 높은 고도로 올라갈 수 있게 되었다.

비행기는 물체를 하늘에 띄우기 위한 양력, 고성능 자동차는 물체를 땅에 밀착시키기 위해 양력과 반대 방향, 즉 지면 쪽으로 누르는 힘인 다운포스를 필요로 하는데 이 때 항력도 높아지는 문제가 생긴다. 항력을 최소화하면서도 양력이나 다운포스를 극대화 하는 것이 이들 기계를 설계하는 사람들의 영원한 숙제. 예를 들어 비행기에는 플랩이 있어서 이륙 때와 같이 닥치고 양력을 최대한 뽑아야 할 때에는 플랩이 바깥으로 나오지만 일단 어느 정도 순항 고도로 들어가면 플랩 없이도 양력을 내기에 충분한 속도가 나오는 반면 플랩 때문에 항력이 높아지므로 플랩을 집어 넣는 방법을 사용한다. 스포츠카나 포뮬러 카는 코너링을 위해서는 타이어를 지면에 밀착시켜주는 다운포스가 필요하지만 너무 다운포스 쪽으로면 치우치면 항력이 높아져서 직선구간에서는 속도가 느려지는 원인이 된다. 결국 다운포스와 항력 사의 최적화된 타협점을 찾는 게 늘 숙제가 된다.

항공기의 경우 속도가 음속에 가까워질수록 항력이 급속하게 높아지며 초음속으로 들어가면 공기가 액체와 같은 특성이 되면서 충격파가 지속적으로 일어나고 항력이 굉장히 세지므로 엄청난 추력으로 계속 밀어붙여야 한다. 전투기는 애프터 버너를 계속 켜 가면서 추력을 유지해야 하는데 최근에는 F-22나 유로파이터 타이푼 같이 애프터 버너 없이 초음속 순항, 즉 슈퍼 크루즈가 가능한 기종들도 나오고 있다. 여객기는 전투기보다 덩치가 훨씬 커서 애프터 버너를 사용해야 하며, 그 때문에 콩코드 여객의 연료 소모량은 그보다 훨씬 큰 보잉 747보다도 몇 배를 잡아먹는 기름 먹는 하마 그 이상이었다.