다빈이의 글빛누리터

12월 23일, 방학 기념으로 친구들과 광안리 미월드 놀이동산에 다녀왔다. 우리들은 신나게 놀고 소리를 지르면서 그동안 쌓였던 스트레스를 확 날려버렸다. 그런데 토토 과학상자 시리즈 중 김영대의 ‘공이 굴러가지? 그게 물리야’라는 책을 읽어보며, 우리가 즐겁게 타고 놀았던 놀이기구들 속에도 과학의 원리가 숨겨져 있다는 사실을 알게 되었다.

가장 먼저 탔었던 롤러코스터는 처음 출발할 때 전동기로 일정한 높이까지 끌어올려지면서 최대의 위치에너지를 갖게 된다. 그 다음 중력에 의해 아래로 떨어지면서 점점 속도가 빨라지는데, 이때 위치에너지가 운동에너지로 바뀐다. 그리고 이론적으로만 보면 롤러코스터에서는 안전벨트를 매지 않아도 떨어지지 않는다고 한다. 거꾸로 매달려도 아래로 떨어지지 않는 이유는 롤러코스터가 원운동을 하기 때문이다. 원운동이란 물체가 바깥으로 달아나려고 하는 원심력과 원의 중심으로 물체를 끌어당기는 구심력이 함께 작용하여 원을 그리면서 움직이는 것을 말한다. 즉 롤러코스터 안의 사람은 구심력과 지구의 중력을 함께 받고 있지만 반대방향으로 같은 크기의 원심력을 동시에 받기 때문에 떨어지지 않는다는 것이다.

다음으로 가슴이 찌릿했던 자이로드롭이다. 자이로드롭은 높이 70m까지 끌어올린 다음 시속 90km의 속도로 자유낙하를 하여 무중력 상태를 느낄 수 있는 놀이기구이다. 이 거대한 힘이 어디서 나오는 것인지 궁금하였는데, 바로 자기장의 힘이었다. 자기장은 우리가 가지고 노는 자석의 N극과 S극을 이용한 힘이라고 생각하면 된다. 하지만 자이로드롭에 사용되는 자기장은 영구자석의 와전류 방식 이용한 것이라서 그 힘이 상당히 강하다고 한다. 영구자석의 와전류 방식이란 자석의 N극과 S극 사이에 전류가 통하는 금속을 넣으면 순간적으로 전류가 흐르면서 금속이 자석의 성질을 띠게 되는 것을 뜻하는데, 이때 발생하는 금속의 자기장은 자석의 자기장과 서로 밀어내려는 성질, 즉 반발력을 갖는다. 그 강한 반발력에 의해 자이로드롭은 순간적으로 멈추게 되는 것이라고 한다.

서로 부딪히기도 하고 피해 다니기도 하면서 재미있게 탔던 범퍼카는 차 앞 아래쪽에 20cm 두께의 두꺼운 고무 튜브 범퍼를 장착해 그 속에 공기를 가득 채워둔다. 이는 다른 차와 부딪히더라도 충격을 줄여 안전하게 탈 수 있게 하기 위함이다. 사실 범퍼카끼리 부딪힌다고 해서 충격을 아예 느끼지 않는 것은 아니지만, 곧장 반대방향을 향해 튕겨나간다는 사실을 알 수 있다. 이때 범퍼카끼리 부딪히는 것은 작용이고, 부딪힌 범퍼카가 뒤로 튕겨나가는 것이 반작용의 물리적 원리이다.

마지막으로 스릴 넘쳤던 바이킹은 기둥에 매달린 배가 양쪽으로 왕복운동하는 시계추나 그네의 원리와 같은 진자의 운동을 이용한 것이다. 배가 왕복운동하는 동안 배와 사람은 같은 속도로 낙하하게 된다. 즉 안에 있는 사람은 배가 자신을 떠받치지 않고 붕 뜬 상태에서 같이 낙하하기 때문에 짜릿한 전율을 느낄 수 있는 것이다. 그래서 바이킹을 최대한 재밌게 즐기려면 배의 양쪽 뒷부분에 타는 것이 좋다. 그 이유는 배의 끝부분이 가운데보다 24도 정도 더 기울어질 뿐만 아니라 높이도 5m가량 더 높이 올라가기 때문이다. 그러므로 올라갔다가 떨어질 때 생기는 가속을 양쪽 끝자리가 가장 많이 받게 되므로, 더욱 스릴 있게 느껴진다.

그런데 놀이 기구를 타는 동안 등줄기가 서늘해질 정도로 무섭다고 하면서도 다시 타려는 이유는 무엇일까? 그건 바로 공포를 느끼게 하는 우리의 뇌 영역이 즐거움이나 쾌감을 느끼는 뇌 영역과 연결되어 있기 때문이다. 그래서 공포를 느끼는 순간이 끝나면 그에 대한 보상으로 공포의 반대 감정인 쾌감이나 스릴을 느끼게 된다고 한다.

놀이동산은 항상 재밌고 신나게 놀 수 있는 공간이라고만 생각했었는데 이런 놀이 기구 속에도 과학의 원리가 숨겨져 있다는 사실이 신기했다. 어려운 용어로 가득 찬 책만을 접했다면 이해하기 어려운 이론들을, 재미있는 놀이기구를 통해 이해해보니 더욱 이해가 잘되는 것 같아서 좋았다. 앞서 언급하지 않은 다른 놀이 기구들에서도 과학의 원리를 찾아보는 것도 재미있을 것 같다.