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종이접기만으로 부메랑을 만든다!

  안녕하세요? 국가과학기술위원회 블로그 기자단 2기 이다호라입니다.

  "사랑은 돌아오는 거야!" 지난 2003년, 뜨거운 화제를 몰았던 드라마 "천국에 계단"에서 권상우가 부메랑을 던지고 다시 그것을 받았던 장면을 기억하시나요?

부메랑 @BruceTurnerhttp://www.flickr.com/photos/whiskeytango/347433361/

  던지면 다시 제자리로 돌아오는 부메랑, 이 ‘부메랑’이란 이름은 한 오스트레일리아 원주민 부족의 이름에서 유래했습니다. 이 원주민들은 활모양의 편평한 나무막대기로 된 부메랑을 사냥과 전쟁에서 사용하였습니다. 사실 이 사냥용 부메랑은 다시 돌아오지 않는답니다. 다시 되돌아온다면 던진 사람의 목숨까지 위협할 수 있겠죠?

  제자리로 돌아오는 부메랑은 사냥용에 비해 작고 가벼워서 보통 놀이용으로 쓰였습니다. 현재는 V자 모양의 부메랑뿐만 아니라 다양한 재료를 가지고 다양한 모양의 부메랑 제작이 가능합니다. 하지만, 종이 한 장만 가지고도 부메랑을 만들 수 있을까요? 그리고 부메랑이 다시 돌아올 수 있는 원리는 무엇일까요? 오늘 그 질문들에 대한 답을 풀어나가도록 하겠습니다. 
 

부메랑의 원리

  부메랑이 날아서 다시 돌아오는 데는 양력, 중력, 회전력, 공기저항의 4가지 요소가 중요합니다. 여기서 양력을 이해하려면, 먼저 공기가 ‘유체’라는 것을 이해해야 합니다. 우리는 물처럼 흐르는 물질을 유체라고 하는데요, 공기도 바람에 따라 이동하는 유체랍니다. 그런 유체 속에서 물체가 운동하는 방향에 수직으로 작용하는 힘이 양력입니다. 쉽게 말하면 유체에서 물체가 뜰 수 있도록 하는 힘이라고 할 수 있습니다.

비행기가 날 수 있는 이유도 양력을 이용했기 때문이랍니다. 공기 중에서 비행기를 띠워주는 양력은 공기의 밀도 차이에 의해서 생기게 됩니다. 공기 중에서 비행기가 이동하게 되면 공기와 부딪히게 되는데요, 상대적으로 굴곡이 있는 비행기의 위쪽에는 공기가 분산되고, 평평한 아래쪽에는 위쪽에 비해 상대적으로 공기가 균일하게 됩니다. 볼록한 날개 위쪽의 공기는 편평한 아래쪽의 공기와 똑같이 움직이기 위해 속도가 빨라지게 되고, 이때 날개 위쪽의 공기의 속도가 빨라지면 압력이 낮아지면서 비행기의 진행방향과 수직인 위쪽으로 양력이 나타나게 됩니다. 부메랑에서는 부메랑 자체의 회전력이 양력을 더욱 크게 만들어준답니다.

  여기서 양력과 반대방향으로 작용하고 있는 힘은 바로 중력입니다. 중력은 물체를 지구 중심방향으로 끌어당기는 힘으로 중력과 양력이 평형을 이루고 있기 때문에 비행기가 뜰 수 있는 것입니다. 마지막으로 공기저항은 공기 속을 운동하는 물체가 공기로부터 받는 저항으로, 부메랑의 운동을 방해하는 역할을 하게 됩니다. 이 네 가지 요소들이 조화롭게 균형을 이루면서 부메랑이 날아서 다시 돌아올 수 있도록 만들어줍니다. 그럼 이제 부메랑이 날 수 있게 도와주는 네 가지 요소들을 이해하셨나요?

다양한 모양의 부메랑 @electricnervehttp://www.flickr.com/photos/electricnerve/2203257946/

  앞의 네 가지 요소를 고려해서 제작한 부메랑은 대표적으로 A형(V형), 삼각형, 십자형 부메랑이 있습니다. A형 부메랑은 가장 기본적인 모양으로 가장 많이 사용되는 부메랑입니다. 날개가 두 개이기 때문에 공기의 저항이 적어서 멀리 날아갈 수 있게 됩니다. 하지만 날개가 많은 부메랑 보다는 던지는데 기술이 필요하답니다. 삼각형 부메랑은 날개가 세 개로, A형 부메랑보다 비행 거리가 짧습니다. 하지만 초보자들이 던져도 쉽게 되돌아 올 수 있습니다. 날개가 많을수록 비행거리는 좀 더 짧아지는데요, 십자형 부메랑은 세 가지 종류 중에 가장 비행거리가 짧으며 아주 쉽게 되돌아오기 때문에 좁은 공간에서도 날릴 수 있습니다.

부메랑은 어떻게 던져야할까요? @popofatticushttp://www.flickr.com/photos/barretthall/3161794874/

  하지만 부메랑은 그 모양뿐만 아니라 던지는 방법도 매우 중요합니다. 요령 있게 던지지 않으면 다시 돌아오지 않는답니다. 부메랑을 잡을 때도 볼록한 면이 자기 쪽으로 오게 하고, 엄지손가락 붙여서 잡아야합니다. 부메랑은 미세한 바람에도 영향을 받기 때문에, 바람을 정면으로 마주하여 오른손잡이는 몸을 오른쪽 45도 방향으로 서서 부메랑을 던져야 합니다. 왼손잡이는 왼쪽으로 45도 방향으로 서서 부메랑을 던져야 해요. 부메랑을 던지는 각도와 높이도 중요한데요, 어깨보다 10도 위에서 나무나 건물의 꼭대기를 목표로 하고 던지는 것이 좋습니다. 마지막으로 되돌아오는 부메랑을 잡을 때는 두 손바닥을 땅과 평행하게 놓은 뒤, 샌드위치처럼 포개서 잡으면 된답니다.

  부메랑은 나무, 플라스틱 등 다양한 재료로 제작합니다. 사람들은 흔히 부메랑이 두껍고 딱딱해야 된다고 생각하지만, 얇은 A4용지 한 장으로도 부메랑을 만들 수 있답니다. 그럼 지금부터 그 방법을 알아볼까요?

종이부메랑

  만드는 방법이 조금 복잡해서 유튜브에 올라온 동영상을 참고해주세요.   
  https://www.youtube.com/watch?v=_kprLtErg8U

  먼저 (1) A4용지 한 장을 준비하여 (2) 위와 같이 둘로 나눕니다. (3) 다음으로 길게 반을 접었다가 (4) 양쪽 끝을 중심점에 맞게 접어주세요. (5) 양쪽을 다 접어주시면 됩니다. (6) 이번에는 길게 반을 접어주세요.

  (7) 다음으로 양쪽 위를 세모나게 접고, (8) 다시 펼쳐서 처음에 접었던 오른쪽 면만 펼친 뒤, (9)처럼 모양을 잡아주세요. (10) 그 모양대로 접으시면 V자 모양이 나오고, (11) 나머지 한 면은 그 위로 살짝 접어 모양만 낸 뒤, (12) 다시 펼쳐주세요.

  (13) 오른쪽 날개의 안쪽에 접혀있던 면을 펼치고 (14) 모양을 잡아주어 (15) 왼쪽 면과 연결되도록 접어주세요. (16) 왼쪽 날개를 펼친 뒤 (17) 양쪽 끝을 세모나게 접어주세요. (18) 그다음 접었던 오른쪽 삼각형 부분을 모두 펼칩니다.

  (19) 삼각형으로 접혀진 부분을 다시 반대로 넣어서 (20)과 같이 접어줍니다. (21) 그러면 오른쪽 삼각형 부분에 틈이 생기는데 (22) 이 부분으로 왼쪽에서 접었던 삼각형을 집어넣어줍니다. (23) 마지막으로 다른 날개도 똑같이 19-22를 반복합니다. (24) 종이부메랑 완성!

종이부메랑 던지는 방법

  이제 다 만들었으니 던지는 법을 배워야겠죠? 먼저 (1) V자의 아래 부분을 엄지와 검지로 살짝 잡은 뒤, (2) 세 번째 손가락을 살짝 뒤 쪽에 대주세요. (3) 다음에 손목의 반동을 이용해 (4) 안쪽에서 바깥쪽을 향해 던져주세요.

  만들어보면 생각보다 종이 부메랑이 잘 날아간답니다. 어느 정도 익숙해지면 다시 받는 것도 식은 죽 먹기죠! 그럼 이제 직접 만들어서 날려볼 여러분의 차례입니다. 그럼 다음 기사에서 만나요!

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

 KTX는 Korea Train Express의 약자로써 한국의 고속열차를 뜻합니다. KTX는 2004년 4월 1일 개통 이래 누적 승객 3억 명 돌파를 눈앞에 두고 있으며, 연간 평균 5000만 명의 우리 국민이 이용하고 있습니다.

이렇듯 많은 국민들이 애용하는 KTX의 특별한 점은 무엇일까요? 우선 매우 빠른 속력을 꼽을 수 있는데요, 이는 고속열차의 가장 큰 장점입니다. 고속열차는 통상 시속 200km 이상으로 달릴 수 있는 열차를 칭하는데, 프랑스 알스톰사의 떼제베(TGV)를 모델로 삼고 있는 KTX는 최고시속 300km를 자랑합니다. 이와 같은 속도의 비밀은 공기저항을 최소화한 유선형 차체, 혁신적인 차체길이와 관절형 대차 구조로 실현한 차체 경량화, 그리고 동차에 설치된 18200마력 상당의 동력기에서 찾을 수 있습니다.

작성자: brass.bonanza

 여러분은 KTX에서 뛰어난 속도와 승차감 외에 다른 어떤 특별한 점을 발견하셨나요? 또 하나의 큰 차이는 바로 역방향으로 고정된 좌석입니다. 무궁화호나 새마을호와 같은 기존의 열차는 좌석을 임의로 회전할 수 있는 구조를 갖고 있지만 KTX는 그렇지 않습니다. 역방향 탑승객이 느끼는 불편함이 상당함에도 불구하고, 해당 승객에게 5%의 요금 할인혜택까지 부여하면서까지 이 비효율적인 시스템을 유지하는 이유는 과연 무엇일까요?
 

작성자: d'n'c

 주된 원인은 다름 아닌 차량의 무게입니다. 고속열차의 주행성능을 끌어올리기 위해서는 최대한 열차의 무게를 줄여야 하는데요, 엔지니어들이 차체의 길이를 짧게 설계하면서 경량화에는 성공하였지만, 그만큼 좌석을 놓을 공간이 부족해진 탓에 간격을 줄일 수밖에 없었습니다. 그리하여 좁아진 공간 때문에 회전식 좌석의 설치가 어렵게 된 것입니다. 물론 차체를 통째로 돌린다면 아무 문제가 없겠지만 380미터나 되는 열차를 회전시키는 것은 불가능이나 다름이 없습니다. 게다가 다른 열차에 있는 좌석 회전장치는 무게가 상당히 무거운 장비입니다. 그렇기 때문에 이를 좌석이 많은 기존의 KTX(고속 운행용 열차)에 적용하게 되면 주행성능이 떨어지게 되므로 적합하지 않았던 것이죠.

작성자: the green album

그럼 모두 순방향으로만 만들면 되지 않을까요?
앞서 말씀드렸다시피 KTX 좌석은 다른 열차와 달리 고정식으로 되어있기 때문에 모두 한 방향으로만 고정하게 되면 처음 갈 때는 순방향이었더라도 반대로 갈 때는 전부 역방향 좌석이 되어버립니다. 다른 열차는 회전식 좌석으로 이 문제를 보완하고 있지만 앞서 이야기했듯이 기존의 KTX는 무게 때문에 어려웠습니다. 특히 다른 열차의 경우 기관차만 따로 분리하여 전차대로 방향만 바꿔주면 되지만 KTX는 객차 간 분리가 불가능하죠. 그렇기 때문에 정방향과 역방향 좌석을 반반씩 만들어 둔 것입니다.

하지만 역방향 좌석은 아무래도 많은 불편함이 있는데요, 가장 대표적으로 승객들이 느끼는 불편은 바로 ‘멀미’입니다. 역방향 좌석에 앉으면 정방향 좌석에 앉을 때보다 멀미를 많이 하게 되는데, 이는 내이 림프액의 불규칙적인 움직임과 눈과 기타 신체로 들어오는 신호들이 함께 어울리지 않고 상반되기 때문이라고 합니다. 
 

작성자: pete O

 어쨌든, 역방향에 대한 불편함이 계속 제기되자 국내 기술력으로 제작된 새로운 고속열차 'KTX산천'에는 좌석 간격을 980mm로 넓히고 전 좌석에 회전 시스템을 채택하였는데요, 무게 문제는 좌석수를 줄이고 유선형 설계로 공기 저항을 최소화하며 알루미늄 합금 소재를 사용해 차체 무게를 줄였다고 합니다.

그렇다고 해서 역방향 좌석은 오로지 단점만 있는 걸까요? 놀랍게도 역방향 좌석의 경우, 차량 사고 시 정방향에 비해서 더 안전하다는 연구결과가 있습니다. 이것은 관성의 법칙을 고려해 보았을 때 쉽게 이해할 수 있습니다. 바로 차량 진행방향과 반대로 타고 있기 때문에 몸이 앞으로 튕겨나갈 가능성이 현저히 줄어든다는 이론입니다. 그래서 유럽의 경우, 차량에 유아용 시트를 역방향으로 설치하도록 규제하고 있으며, 열차 역시 ICE 탈선사고가 있었던 독일의 경우 역방향 좌석이 의무화 되어 있습니다.

작성자: doug88888

 
 끝으로 역방향 좌석이 초래할 수 있는 불편함을 최소화하는 몇 가지 팁을 전해드립니다. 첫 번째, 창밖을 보되 가급적 멀리 그리고 넓게 바라보는 것이 좋습니다. 두 번째, 독서나 음악 감상은 되도록 자제할 것을 권장합니다. 세 번째, 오랜 시간 창밖을 응시하는 것을 피합니다. 네 번째, 멀미가 심한 체질의 경우, 되도록 순방향 좌석을 이용하고 불가피하다면 처음부터 수면을 취하는 것이 좋습니다.   

말도 많고 탈도 많은 역방향 좌석, 이제 어느 정도 이해가 되셨나요? 좌석의 방향도 물론 중요하지만 사고걱정 없이 쾌적하고 안전한 기차여행을 할 수 있기를 기대해봅니다.

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 하 상 윤

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