너무 재밌어서 잠 못 드는 물리 이야기

너무 재밌어서 잠 못 드는 물리 이야기 ㅣ 잠 못 드는 시리즈
션 코널리 지음, 하연희 옮김 / 생각의길 / 2018년 3월

스포츠에 숨어 있는 과학, 특히 물리학을 다루는 책 <너무 재밌어서 잠 못 드는 물리 이야기>이다. 책 제목처럼 잠 못 들 정도는 아니고 알아듣기 쉬운 설명과 그림을 곁들인 것이 장점이다. 더불어 스포츠의 원리를 간단하게 해볼 수 있는 실험도 소개하고 있다.  

초등학생이나 중학생이 읽으면 과학탐구에 호기심이 생길 것 같다. 책에서 소개하는 실험들 중 몇 가지는 딸(4세)과 같이 해보거나 만들어서 딸에게 장난감으로 주면 좋겠다는 생각을 했다. 

투수가 공을 던질 때 몸을 젖히고 다리를 올리는 것은 에너지를 모아 공 던지는 팔로 에너지를 보내는 것이다. 야구 경기를 보다 보면 투수들이 공에 침을 바르는 것을 볼 수 있는데 이에 대해서도 명쾌하게 설명한다. 바로, 공 표면이 울퉁불퉁하면 난기류를 만든다. 즉, 공의 흐름이 불규칙적으로 변하여 타자들이 치기 힘든 공이 된다. 이 과정에 숨어 있는 물리 법칙이 바로 베르누이의 정리이다. 

"유체(이 경우 공기)의 속도가 올라가면 압력은 낮아진다는 법칙이다. 더 빠른 면에 있는 공기가 더 느린 면에 있는 공기보다 압력이 낮아지니 공을 약한 쪽으로 밀게 된다. 그래서 커브볼은 진행 방향의 반대로 움직이기도 하는 것이다." 

격파와 관련해서도 재밌는 원리는 소개한다. 아이스크림 막대바를 5개 나란히 쌓은 다음 탁구채로 내리치면 막대는 부서지지 않고 흩어진다. 그런데, 막대 사이에 동전을 끼워서 틈을 주고 똑같이 탁구채로 내리치면 이번엔 막대가 부서지는 것을 볼 수 있다. 격파도 마찬가지다. 격파할 때도 판자 사이에 공간을 만들어야 격파가 가능한가. 왜 이런 차이가 나는 것일까? 

"실제 격파 시범에서도 판자 사이 간격을 조금씩 띄워놓는다. 그러면 전체 밀도가 낮아져 격파가 더 쉬워진다. 결국 하향 운동량을 조금씩 나누어서 막대를 하나하나 쪼개 나가는 것이다. 막대 하나마다 운동량이 줄어들지만 충분히 다 깰 수 있다. 나뭇가지도 10개를 모아 쥐고 부러뜨리려 하면 어렵지만 하나씩 부러뜨리면 쉽지 않은가?" 

경주용 자동차를 보면 뒤에 날개 같은 것이 있는 것을 볼 수 있다. 단순히 멋을 위해서 달아놓은 것은 아니다. 이 날개를 에어포일이라고 하는데, 여기에도 과학의 원리가 들어 있다. 

"날개는 윗부분이 곡면, 아랫부분이 평면인 에어포일 형태로 설계된다. 위쪽 곡면을 지나는 공기는 아래쪽 평면을 지나는 공기보다 더 긴 거리를 이동해야 하므로(그러려면 더 빨리 움직이게 되므로), 공기의 압력이 감소한다. 속도가 증가하면 압력은 감소한다는 베르누이의 공식이 적용되는 것이다. 경주용 차의 날개도 똑같은 에어포일 형태다. 그런데 위아래가 바뀌었다! 따라서 위쪽 공기의 압력이 더 커서 차를 띄우는 대신 지면에 밀착시키는 효과가 발생한다." 

무게중심 관련해서도 재밌는 실험을 소개한다. 우유팩을 빈 팩, 반만 차 있는 팩, 가득 차 있는 팩 이렇게 3종류 준비한다. 일렬로 세운 다음, 자로 천천히 밀면 어떤 팩이 가장 오래 버틸까? 바로, 반만 채운 팩이다. 왜냐하면 무게중심이 낮아서 가장 안정적이기 때문이다. 가장 무거운 꽉 차 있는 팩이 제일 오래 버틸 것 같지만 그렇지 않다.  

돛단배가 앞으로 나아가는 원리도 흥미롭다. 작용 반작용 법칙에 의해 가고자 하는 방향에서 바람이 불어오더라도 배는 앞으로 전진할 수 있는 것이다. 이건 직접 그림을 보는 것이 이해하기 더 쉽다. 

물수제비에 대해서도 이야기한다. 물수제비를 잘 하는 비결은 일단 납작하고 평평한 돌멩이를 사용하고 회전을 많이 주는 것이다. 가장 중요한 것은 돌멩이와 수면이 충돌하며 이루는 각(받음각)인데, 받음각이 20도일 때 물수제비가 가장 잘 되는 것으로 밝혀졌다.  

중고등학교 좀 더 열심히 제대로 공부했으면 지금 다 피와 살이 되었을 것 같다. 특히, 과학과 관련된 책을 읽을 때 좀 더 거부감 없이 쉽고 편하게 읽었을 텐데 하는 아쉬움도 남는다. <너무 재밌어서 잠 못 드는 물리 이야기> 같은 책을 통하여, 기초과학지식을 꾸준히 쌓아서 교양을 좀 갖추어야 될 것 같다.