“자, 가장 신나는 롤러코스터다. 어느 순간이 가장 재미있을까?”“몸이 바깥으로 튕겨져 나갈 것 같거나 붕 뜨는 것 같은 순간이요!”
딱딱하고 어렵게만 여겨졌던 물리를 놀이공원에서 재미있게 배운다.
한국물리학회가 창립 50주년 기념으로 22일 과천 서울랜드 놀이공원에서 개최할 ‘놀이기구의 물리학 체험학습 Fun Physics 2002’(www.kps.or.kr 13일까지 100명 선착순접수)는 물리를 생활 속으로 이끄는 첫 시도다.
물리학회 회원인 교수ㆍ교사들이 초ㆍ중ㆍ고교 학생들과 함께 체험학습에 동참한다. 권난주 한국교원대학교 중등과학교육 박사의 도움으로 놀이기구에 숨어있는 물리학적 원리를 알아본다.
엄청나게 스릴 넘치는 기구들이 많이 있지만, 공중에서 70도 각도로 왕복 운동하는 바이킹은 놀이기구의 대표격이다.
시속 130km에 달하는 롤러코스터 역시 2~3분을 타기 위해 한 시간 넘게 기다릴 정도로 인기 있는 기구.
이들은 중학교 3학년이면 누구나 한 번쯤은 들어본 ‘역학적 에너지의 전환’을 이용한 것으로 높은 곳에 올라가면서 생긴 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 스릴감을 준다.
롤러코스터를 레일 정상까지, 바이킹을 시계추처럼 왕복운동을 할 수 있는 높이까지 올려 놓으면 여기서 발생하는 위치에너지는 외부 요인이 없는 한 고스란히 운동에너지로 전환되며, 둘의 합은 일정하다.
즉 기차는 아래로 내려오면서 위치에너지가 감소하는 만큼 운동에너지가 증가하게 되는 것이다. 하지만 위치에너지가 열이나 마찰로도 빠져 나가므로 실제로 운동에너지로 전환되는 양은 적다.
처음에 낮은 위치에서 출발해 적은 위치에너지를 가졌다면 운동을 끝까지 지속할 수 없게 되는 것이다.
바이킹과 롤러코스터에서 가장 아찔한 순간은 최고점에서 내려올 때이다.
사람을 빙둘러 앉게 한 후 서서히 높은 곳까지 올라가 순식간에 떨어뜨리는 자일로드롭, 이미 레포츠로 성장한 번지점프는 훨씬 더 ‘오장육부가 쑥 빠져나가는 듯’ 아찔한 느낌이다.
그 스릴의 정체는 ‘무중력’이다. 무게는 저울을 위에서 누르는 힘으로 측정하는 데 자일로드롭을 타거나 번지점프를 탈 때의 낙하상태는 고속엘리베이터에서 저울 위에 올라간 것과 같다.
즉 물체도, 저울도 함께 떨어지므로 무게를 느낄 수 없는 상태다. 이런 무중력 상태에 접어들면 몸의 평형감각을 담당하는 귀 안의 전정기관과 세반 고리관에 영향을 주어 어지러움을 느낀다.
자일로드롭을 탄 후 구토증세를 느끼는 것도 이런 까닭이다.
밑에서 지켜보는 이들에게 제일 재미있는 광경은 역시 샤크, 마법의 양탄자 등 사람들이 거꾸로 매달려 회전하는 놀이 기구이다.
이 기구에서 사람들이 떨어지지 않는 것은 안전벨트 때문 만은 아니다. 여기에는 원심력과 구심력의 원리가 숨어 있다.
물이 든 양동이에 끈을 매달아 돌리면 물이 쏟아지지 않는 것과 같은 이치다.
양동이는 바깥으로 튕겨나가 직선운동을 계속하려고 하지만, 결국 안쪽에서 잡아당기는 힘(줄을 잡고 있는 손)과 균형을 이루어 원운동을 하게 된다.
물리학적 원리를 이용하면 눈썰매를 봅슬레이처럼 신나게 탈 수도 있다.
속도는 무게와 높이, 중력가속도를 곱해 산출하는 데, 중력가속도의 값은 일정하므로 여럿이 함께 타서 무게를 늘리거나 썰매의 모양을 유선형으로 해 공기저항을 최소화하면 더욱 빠르게 내려갈 수 있다.
양은경기자
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