조상의 지혜를 본받아 나만의 자격루 만들기

요즘 제가 관심을 가지고 연구하고 있는 분야는 ‘부력’입니다. 부력이란 기체나 유체 중의 어떤 물체를 중력의 반대로 위로 띄우는 힘을 말합니다. 부력이 발견된 유래는 널리 알려져 있듯이 고대 그리스 수학자이며 물리학자인 아르키메데스의 목욕탕 사건입니다.

이야기를 살펴보면 고대에 시라쿠사의 왕 히에론 2세가 살았는데 금 세공업자에게 순금을 주고 왕관을 만들어오라고 시켰습니다. 왕은 실제로 순금으로 왕관을 만들었는지 알고 싶어서 아르키메데스에게 이를 알아오라고 했습니다. 그는 순금이 단위 체적당 얼마나 무거운지 알고 있었으므로 왕관의 정확한 체적만 알면 답은 쉽게 구할 수 있다는 것을 알고 있었으나 그 체적을 어떻게 구해내는가 하는 것이 문제였습니다.

생각에 골몰한 아르키메데스가 우연히 목욕탕에 들어갔을 때 물이 자신 때문에 넘치는 것을 보고 물속에서 자기의 몸의 부피에 해당하는 만큼의 무게가 가벼워진다는 것을 알아냈고 "알아냈다! (유레카!)"라고 외치며 너무 기뻐서 집까지 벌거벗은 채 뛰어갔다고 합니다.

그는 금관과 같은 분량의 순금덩이를 물속에서 달아 본 결과 저울대는 순금덩이 쪽으로 기울어 금관이 위조품인 것을 알아냈습니다. 위조왕관은 은이 섞여있어 같은 무게의 순금보다 부피가 크고 따라서 그만큼 부력도 커진다는 것이었습니다. 또는 일정한 모양의 그릇에 규칙적으로 눈금을 긋고 물을 채운 후 여기에 왕관을 넣으면 눈금이 올라 갈 것이고 이 눈금의 변화로부터 왕관의 체적을 구할 수 도 있습니다. 이 원리가 바로 ‘아르키메데스의 원리’입니다.

이 부력의 원리를 우리 조상들이 지혜롭게 생활에 활용한 것을 아시나요? 바로 조선시대 세종 때 장영실이 만든 자동시보장치인 ‘자격루’입니다. 자동적으로 시간을 알려주는 물시계는 당시 사람들의 가장 오래된 바람이었습니다. 세종은 자동시보 물시계를 제작하기 위해 동래현의 관노였던 장영실을 특별히 등용하여 중국에 파견해서 연구하게 하고, 상의원(尙衣院) 별좌의 관직을 주었습니다. 이에 장영실은 천문학자 김조와 함께 2년여의 노력 끝에 1434년 6월에 자격루를 완성했습니다. 이 시계는 경복궁 남쪽에 세워진 보루각에 설치되어 그해 7월 1일을 기해 공식적으로 사용되기 시작해서 경루 대신 새로운 표준시계로 등장했습니다.

자격루의 원리는 ‘파수호에서 새어나오는 물이 수수호로 흘러 들어가면 떠 있는 살[淨箭]은 점차 떠오른다. 시각에 따라 왼쪽 구리판 구멍의 장치를 튕기면 작은 구슬이 떨어져 나와 구리 통으로 굴러들어간다. 그리고 그것이 구멍으로부터 떨어져서 그곳의 장치를 튕기면 그 장치가 열리면서 구슬이 떨어진다. 그것이 굴러서 자리 아래에 걸린 짧은 통으로 굴러가는데, 이것이 떨어지면서 장치의 숟가락을 움직이면 이 장치의 다른 끝이 통 속으로부터 올라와 시(時)를 맡은 신(神)의 팔꿈치를 건드려 종이 울리게 한다.’고 하여 부력, 지렛대의 원리와 공의 운동을 잘 연결시켜 자동으로 시보를 알려주게 만든 것입니다.

저도 저만의 자격루 만들기에 도전해 보았습니다. 풍선이 아닌, 종을 치는 시계를 만들고 싶었지만 잘 안되었습니다. 이 실험을 통해서 부력과 지렛대의 원리까지 이용한 자격루가 정말 위대한 발명품임을 알게 되었습니다. 저도 장영실과 김조같은 분들의 탐구 정신을 본받아서 우리 생활에 필요한 물건을 만드는 데 계속 도전해 보겠습니다.

정혜린 나누리기자 (야탑초등학교 / 6학년)

이예강 서울발산초등학교 / 6학년 2011-09-15 15:49:32 | 좋은 기사 잘 읽었습니다.저도 과학을 좋아하는데 정혜린 기자도 무척 좋아하나보군요. 조윤아 서울미래초등학교 / 6학년 2011-09-15 20:51:38 | 오~ 저는 생각도 못했는데 이런 방법이 있었군요.. 좋은 기사 잘 읽고, 추천하고 가요! 조은비 유촌초등학교 / 6학년 2011-09-17 13:44:10 | 저도 직접 자격루를 만들어 보고 싶어지네요. 탐구 정신이 빛나는 기사 잘 봤습니다^^ 정최창진 서울교동초등학교 / 6학년 2011-09-17 20:05:33 | 저는 꿈이 과학자인데요, 이런 재미있는 실험이 있는 줄 몰랐어요. 한번 해보고 싶어요. 정혜린 야탑중학교 / 1학년 2011-09-18 12:14:59 | 참고! 왼쪽은 페트병 두개를 겹친것입니다. 아래의 페트병에는 물이 들어가지 않습니다. 빨대가 최대한 아래에 위치해야 시작점을 맞추기 좋아요. 곽사라 오산초등학교 / 5학년 2011-09-20 13:49:38 | 부력의 원리를 알게되었어요. 직접 도전해 보시고 멋져요. 남윤성 성남신기초등학교 / 6학년 2011-10-02 14:31:47 | 부력에 대해서 확실히 알 수 있는 기회였던 것 같아요. 기사 잘 보았습니다. 추천 꾸욱~~! 신소라 서울지향초등학교 / 6학년 2011-10-02 17:40:25 | 우리만의 자격루를 재미있고 쉽게 만들 수 있는지 처음 알았네요. 시간이 되면 저도 한 번 해보고 싶습니다. 정혜린 기자님은 커서 과학자가 꿈이신 것 같네요.^^ 추천하고 갑니다. 전인혜 대구대청초등학교 / 5학년 2011-10-02 18:46:19 | 기자님만의 자격루를 만들다니 정말 대단하시네요. 정혜인 송파중학교 / 1학년 2011-10-04 15:33:32 | 짝짝짝~ 정혜린기자 대단하세요. 풍선으로 실험도 직접하고 정말 과학을 좋아하고 잘 하시네요~ :) 장유정 청심국제중학교 / 1학년 2011-10-18 16:33:21 | 나만의 자격루 만들기 참 재미있을 것 같아요. 이 번 주말엔 저도 꼭 만들어보고 싶어요. 추천!