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| 작성자 : 이정구 작성자ID : jk0620 조회 : 35 추천 : 1 |
작성일 : 2004-01-07
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물수제비 가장 많이 띄우는 공식/우주개발에 활용하라 |
물수제비(skipping stones ) 잘 띄우는 수학 공식에서 역으로 물에 잘 빠질수 있는 공식을 알아낸다면 우주선이 지구에 귀환할 때의 '최적 각도를 알아낼 수 있지 않을까' 하는 우주과학자들의 '생각의 발상 전환'이 오늘의 주제이다. 과학뉴스 자료들이 이처럼 흥미로운 이유가 바로 이런 종류의 생각의 힌트.전환에 대한 아이디어와 창의성 때문은 아닐까. 그 관심.열정은 인간의 뇌리를 좀체로 식게 만들지 않는다.
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뉴스1.
http://www.donga.com/fbin/moeum?n=it$k_702&a=v&l=1&id=200401060228
물수제비 가장 많이 띄우는 공식…"돌-수면 20도일때 최적"
연인들이 호숫가에서 멋지게 물수제비를 뜨려고 납작한 돌을 던지는 것은 흔한 풍경. 하지만 서너 차례 돌이 떠오르다 말아 실망한 일이 적지 않을 것이다.
최근 프랑스의 한 연구팀이 최상의 물팔매 공식을 구했다는 소식이 과학전문지 ‘네이처’ 온라인뉴스 1월 4일자에 게재됐다.
프랑스 마르세유의 비평형현상연구소 크리스토프 클라네 박사는 알루미늄 원판을 지름 2m 연못에 자동 발사하는 물수제비 장치를 만들었다. 그리고 100분의 1초 이하의 순간을 잡아내는 고속 비디오카메라로 원판이 수면에 부딪치는 순간을 촬영했다.
조사 결과 물수제비 횟수를 최대화시키기 위해서는 돌과 수면의 각도를 20도에 맞춰야 한다.
클라네 박사는 이를 ‘마법의 각도’라 부르며 “이 각도로 지름 5cm의 원반을 초속 2.5m 이상으로 던져야 돌이 물에 잘 빠지지 않는다”고 말했다. 또 돌을 회전시켜야 돌의 평평한 면이 최대한 수평으로 유지돼 쉽게 가라앉지 않는다.
사실 물수제비 만들기는 고대 그리스 이래로 수천년간 이어진 경기다. 현재까지 알려진 세계 최고 기록은 1992년 미국 텍사스 블랑코강에서 저던 콜먼 맥기가 세운 38회.
이번 연구는 흥미롭게도 우주과학자들의 관심을 끌고 있다. 우주선(돌)이 지구에 귀환할 때 고밀도의 대기층(물)에 부딪쳐 튕겨지기 때문이다. 만일 돌이 물에 쉽게 빠지는 각도를 구할 수 있다면 우주선이 지구에 진입할 때의 최적 각도를 알 수 있지 않을까.
김훈기 동아사이언스기자 · wolfkim@donga.com
04/01/06
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#1.만일 돌이 물에 쉽게 빠지는 각도를 구할 수 있다면 우주선이 지구에 진입할 때의 최적 각도를 알 수 있지 않을까.
물수제비 띄우기 국제대회도 있었던가. 현재까지 알려진 세계 최고 기록은 1992년 미국 텍사스 블랑코강에서 저던 콜먼 맥기가 세운 38회이라 한다. 하기사 별난 기록을 모으는 기네스북이 있으니...사람이 던지는 속도와 각도, 돌맹이 상태만 충족하는 조건이면 얼마든지 100회 정도는 도달 할겨. 물론 인간의 도전은 기계화.상용화의 문명시대를 염두한다.
날라가는 것보다 물수제비로 이동하는 운반체가 더 적합한 문명화 개척도 있을 수 있다. 고속정이 통통 뜅겨 나가듯 질주하는 모습을 보았으리라. 엠보싱( embossing)표면을 질주해야하는 운반체는 거의 물수제비 효과가 나온다. 자동차와 비행기의 중간 상태로 이동하는 운반체도 필요하다.
그 모습은 물수제비와 수상스키와 같이 완만하게 길거나 매우 짧게 곡선운동을 하는 것이지만, 그 안정성은 장난감 우주팽이를 닮아서 실같은 길고 긴 가는선 위로도 중심잡고 앉아 미끌어지기도 하면서 통통 튀어 이동한다. 아마 이런 운반체로 이동하면 무척 재밋을겨. 물위에서는 물수제비처럼 튕겨가고 줄위에서는 우주팽이처럼 앉기도 하며 어디든 360도 방향으로 순간적으로 튕겨 나가니 점이 닿을 수 있는 선이나 면, 입체의 그 어느 특정 위치에 상관없이 접점을 이루고 반발력을 가지면 반사각을 임의로 정할 수 있을 것이다. 이런 운반체는 바퀴가 필요없고 도로도 필요없을겨. 매뚜기 처럼 뛰어 다닌다. 그 안정성은 장난감 우주팽이을 받치고 있는 외부의 틀, 기둥(최외피막을 형성하면 지구 표면과 같은 류)들을 보면 안다. 지구 중심부는 움직이고 있으나 지표는 굳어서 뭣(지구 땅어리)가 태양 주위를 돌고 엄청난 속도로 움직이는지 전혀 감을 잡지 못하잖여.
뉴스1.을 중간쯤 읽었을 때는 대략 나의 생각은 우주선이 절묘하게 뜅겨 나가서 태양계 행성 탐사항행을 좀더 빠르게 진입할 수 있지 않을까 싶었다. 글을 끝까지 읽었을 때는 정반대로 응용을 해버리는 바람에 '아핫 또 이런 생각도 있네?' 이였다.
#2.조사 결과 물수제비 횟수를 최대화시키기 위해서는 돌과 수면의 각도를 20도에 맞춰야 한다. 클라네 박사는 이를 ‘마법의 각도’라 부르며 “이 각도로 지름 5cm의 원반을 초속 2.5m 이상으로 던져야 돌이 물에 잘 빠지지 않는다”고 말했다. 또 돌을 회전시켜야 돌의 평평한 면이 최대한 수평으로 유지돼 쉽게 가라앉지 않는다.
지구와 화성간의 직선거리는 1억9천1백만㎞, 그러나 실제 비행거리는 4억9천7백만㎞이라 한다. 이제 화성탐사 로봇 스피릿의 발사일(2003.6.10) 과 도착일(2004.1.4) 날짜을 참고로 계산해 보니, 208(20+31+31+30+31+30+31+4)일 우주를 항해 하였다.
스피릿 우주화성탐사선의 우주항행속도를 계산해 보면, 거리/날수/24시간= 497000000/208/24= 시속 9만9천559 km , 스피릿 화성 탐사선은 대략 시속 10만 킬로미터로 항행 하였다.
문제는 인간이 좀더 빨리 화성(Mars)에 도달하고 싶은겨.
물론 28일 정도는 희망사항이나 시속 100km로 가는 우주선은 현대과학의 한계가 아닐까. 적어도 시속 1000km는 되어야 내일모레에 화성땅에 도착한다는 미래문명을 만날 것이여. 궁극적으로 빛의 속도(초속 30만킬로)을 넘어설 수 없는 아인쉬타인의 공식에 꿈 접는다. 현실적으로는 현제의 NASA의 우주선의 속도 시속 10만km을 빛의 속도에서 시속 1억 800km(초속 30만km)에 근접하는 수단방법 밖에는 없다.
여기에서 뉴스1.을 보면서 힌트를 얻어 '물수제비 잘 띄우기' 공식을 생각의 발상전환하여 '우주선 잘 띄우기' 공식으로 적용할 수 없을까. 우주의 진공상태를 물로 보잖겨. 행성주위에 중력의 경계를 물의 표면으로 생각할 수 없는가. 뭔가 물의 표면 같은 계면상태는 우주공간에 더러 있을 것이다. 허접. 물론 내상식에 수준으로 한번 짚어본 것이다.
자동 발사하는 물수제비 장치를 자동발사하는 우주선 장치를 만들어 보잖겨. 물수제비 잘 띄우는 마법의 각도(20도)가 우주선 발사에도 적용되지 않을까 싶은겨. 우주선을 좀더 납작하게 만들고 장남감 우주팽이 처럼 우주선 내부를 무한 회전 시켜서 우주선 최외피는 정지 상태을 유지하면서 '마법의 20도' 로 로켓 발사하면 뭔가 일 저지를 것 같은 감 나온다. 물론 대기권 밖으로 지구 중력을 쉽게 벗어나 우주으로 통하는 '마법의 각도' 이길 바란다.
물수제비 뜨기 현상은 양력분포 (Distribution of Lift)에 관련된 일반역학(dynamics)의 문제이다.
자료1.
http://www.rclab.co.kr/TheoryLab/DesignPerformance/chapter2.htm
공기편향으로 양력이 발생되는 원리는 물수제비 뜨기나 수상스키의 원리에서도 관찰할 수 있다. 물수제비의 경우 돌이 수면에 닿는 순간 물을 아래로 편향시키고 물의 운동량 변화로 발생하는 힘에 의해 돌은 공중위로 떠오르게 된다. 돌맹이가 납작할수록 물수제비가 더욱더 잘 되는데, 이것은 동일한 돌맹이 무게에서 면적이 클수록 물을 아랫방향으로 더 많이 편향시키기 때문이다. 수상스키도 물수제비 뜨기의 원리와 비슷한데, 납작한 스키표면이 물을 아래로 편향시키고 스키의 면적이 넓을수록, 고속일수록 수상스키의 아랫면은 더욱더 많은 양의 물을 편향시켜 스키와 스키를 탄 사람을 들어 올릴만큼의 충분한 양력을 발생시키게 된다.
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우주선이 수상스키와 같은 방식으로 움직일 수도 있으리라. 그것은 발사체에 의한 물수제비의 원리와 정반대로 앞에서 뭔가 끌어 당기는 웬(중력, 초강력 나노탄소튜브 용수철, 인공 블랙홀에 준하는 진공통로...) 따위을 이용하여 진공 상태에서의 양력( upward force, lift power)을 반발력이 작용하는 척력계면 상태에서 같은 극끼리(++,--) 반발하는 운동위치에너지를 이용하여 우주 탐사선이든 운반체이든 계속 균형을 유지하며 통통 튀어 나간다. 땡.
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