보통의 한국인이라면 군대에 가지 않는 이상 총을 쏠 일이 없습니다. 그래도 FPS(1인칭 슈팅) 게임이나 영화 속 장면을 통해 총을 쏘고 나서 총이 어떻게 움직이는지는 본 적이 있을 겁니다.
총을 쏘면 탄피 속 화약이 연소해 고압의 가스를 발생시키고, 탄두 뒤쪽을 강하게 앞으로 밀어냅니다. 이때 탄두와 가스가 앞으로 나아간 운동량만큼 반대 방향으로 운동량이 생기므로 뒤로 밀리는 반동이 발생합니다.
여기서 주제의 궁금증이 생깁니다. 총구를 아래로 향하게 한 뒤 계속 쏘면 그 반동으로 하늘을 날 수 있지 않을까요?
결론부터 이야기하면 가능합니다. 총알을 앞으로 발사하면 반동으로 몸이 뒤로 밀리는 것처럼 아래로 발사하면 몸은 위로 밀립니다.
하지만 먼저 따져봐야 할 내용은 총이 발사될 때 총 자체 무게만이라도 밀어 올릴 수 있을까란 점입니다. 그러니까 총 무게가 4.5kg 정도인데, 반동력이 그보다 작다면 사람은커녕 총 자체도 밀어 올릴 수 없을 테니까 말입니다.
이처럼 어느 물건의 추진력과 무게 사이의 비율을 추력중량비라고 합니다. 이 값이 1보다 작으면 날 수 없는데, 총의 종류에 따라 추력중량비는 제각각이나 AK-47의 경우는 2정도라고 합니다.
즉, 총구를 아래로 향하게 세워 놓은 채 방아쇠를 당기면 발사와 동시에 총기 본체는 공중으로 뜰 수 있습니다.
계산해 보면 AK-47이 1초에 8g짜리 총알 10개를 초당 715m의 속도로 발사하는 경우 추진력은 57.2N(≈13파운드의 힘(lbf)≈5.9kgf)으로 약 6kg 무게만큼의 힘이 위쪽으로 작용합니다. AK-47이 장전된 상태에서 무게가 약 4.76kg 정도이므로 땅에서 뜰 수 있고, 위쪽으로 가속도 받습니다.
그리고 실제로는 총이 발사될 때 총알만 내뱉는 것이 아니라 뜨거운 가스와 폭발 잔해도 내놓으면서 무게가 조금 더 가벼워질 것이므로 추진력은 최고 30% 정도 더 높게 나올 것으로 예상됩니다.
하지만 남은 추진력만으로는 다람쥐 1마리도 들어올리기 어려울 겁니다. 이를 가능하게 하려면 총을 여러 개 사용하는 방법이 있는데, 여러 개 사용할 경우 총 개수에 따른 추력중량비는 아래의 그래프처럼 나타날 겁니다.
그런데 문제가 하나 더 있습니다. 바로 탄약으로 AK-47의 경우 탄창에 30발까지 장전할 수 있습니다. 이걸 초당 10발 발사하면 3초 동안 쥐꼬리만큼의 가속이 붙으며 뜨다가 멈출 것이고, 더 큰 탄창을 사용하면 추력중량비가 점점 작아지므로 뜨는 높이가 줄어들 겁니다.
탄알 하나의 무게가 8g이라고 했을 때 탄피를 포함한 탄약은 16g이 넘으므로 250발 이상이 장전되면 총이 너무 무거워져 날 수 없게 됩니다.
그래서 최적의 장치는 250발을 장전한 AK-47을 300자루 이상 준비해서 한 번에 발사하는 겁니다. 그러면 수직으로 초당 100m에 가까운 속도를 얻을 수 있고, 60kg 사람일 때 공중으로 약 500m까지는 올라갈 수 있게 됩니다.
만약 추력중량비가 더 좋은 총을 사용하면 더 높이 올라가는 것도 가능한데, GAU-8 어벤저는 0.45kg 정도 되는 총알을 1초에 60발까지 발사할 수 있습니다.
반동력이 거의 5t에 가까워서 바닥이 아니라 자동차에 싣고 기어를 중립에 놓은 다음 정지 상태에서 총을 뒤쪽으로 발사하면 3초도 안 되는 시간에 엄청나게 빠른 속도로 움직일 수 있습니다.
또 그리아제프-시푸노프 GSh-6-30는 추력중량비가 40에 가까워서 이걸 활용하면 중력가속도의 40배에 이르는 가속(=약 392m/s²)을 경험할 수 있게 됩니다. 하지만 너무 반동력이 강해서 실제로 따라 하면 기체에 손상을 줄 수 있고, 과열 문제도 있어서 따라 하지 말 것을 권장합니다.
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