* 이 콘텐츠는 '시공사' 출판사와 협의하에 '더 위험한 과학책'에서 주제 하나를 발췌해 재구성해 제작했음을 알립니다. (*제작 지원 받음)
강을 건너는 방법은 매우 다양합니다. 배나 비행기를 타고 건널 수 있고, 헤엄쳐서도 건널 수 있습니다. 강물의 수심이 얕다면 걸어서도 건널 수 있을 겁니다. 그런데 이런 일반적으로 생각하는 방법 말고, 일반적이지 않은 방법으로 건너는 방법은 없을까요?
먼저 점프해서 건너는 방법은 어떨까요? 사람이 이상적인 조건에서 수직으로 뛰어올랐을 때 얼마나 멀리 뛸 수 있는지 계산할 수 있는 공식을 참고해보면 시속 16km로 달려서 점프했을 때 약 2m 정도를 뛸 수 있습니다.
이 정도면 작은 냇물 정도는 점프해서 건널 수 있을 겁니다. 그렇다면 속도를 조금 더 빠르게 하면 어떨까요?
점프 직전 순간 달리기 속도가 시속 32km 이상인 멀리뛰기 선수는 9m 가까이 뛸 수 있다고 하는데, 이 정도까지 점프하려면 엄청난 노력이 필요하고, 점프한다고 하더라도 강을 건너기에는 역부족입니다.
그렇다면 자전거를 이용하는 방법은 어떨까요? 자전거는 별다른 노력이 없어도 페달만 열심히 밟으면 꽤 빠른 속도를 낼 수 있습니다. 자전거를 타고 시속 48km로 뛰어오르면 이론적으로 18m 정도를 뛸 수 있으므로 강의 폭이 좁은 곳에서 시도해볼 만 합니다.
그런데 문제는 에너지 보존의 법칙으로 뛰어오를 때의 에너지가 착지할 때도 보존되므로 착지하는 곳이 딱딱하다면 매우 심각한 부상을 각오해야 합니다. 자동차나 모터사이클을 이용하는 경우에도 착지할 때 받을 충격 문제를 해결하지 못하면 할 수가 없습니다.
그렇다면 주제에서 알아보고자 했던 강물을 얼리거나 끓여서 이동하는 방법은 어떨까요? 얼리는 방법부터 이야기를 해보면 실제 추운 겨울에는 강이 얼기도 합니다. 그 위를 건널 수도 있는데, 인위적으로 강물을 얼리려면 냉동기계와 전기가 필요합니다.
미국 에너지 효율 및 재생에너지부가 권장하는 상업용 얼음 제조기의 에너지 소비량은 45킬로그램중의 얼음을 만드는데 5.5kWh입니다.
예를 들어서 토피카(Topeka)에 있는 캔자스강의 평균적인 봄날 강물 속도는 초속 198㎥라고 하므로 이 조건에서 일률을 계산해보면 87GW 정도가 나옵니다. 이는 무거운 로켓이 이륙할 때 필요한 일률과 비슷한 일률로 강물을 얼리려면 이를 뒷받쳐줄 엄청난 양의 휘발유가 필요합니다.
여기서 강물 전체를 얼리는 것이 아니라 표면만 얼리는 방법으로 하면 되지 않느냐는 생각을 하는 사람도 있을 겁니다. 사람이 안전하게 강을 건너려면 얼음의 두께는 최소 10cm는 되어야 합니다.
캔자스강의 폭은 약 300m이고, 안전하게 건너기 위해 얼려야 할 넓이를 60m로 하면 약 330MWh의 전기가 필요합니다. 비용으로 보면 약 6천만 원 정도가 듭니다.(*얼음 제조기들의 비용은 포함하지 않음.)
다음으로 끓이는 방법은 어떨까요? 그러니까 강물을 전부 증발시켜서 마른 강바닥으로 만든 다음에 건너겠다는 겁니다. 결론부터 말하면 많이 어렵습니다. 물은 열용량이 커서 온도를 높이려면 많은 에너지가 필요합니다.
상온에서 1L의 물을 100℃로 만들려면 335KJ이 필요하고, 100℃의 액체를 100℃의 수증기로 만들려면 2,264KJ이 필요합니다. 이를 위해서는 국가에서 사용하는 전기 전체를 사용해야 합니다. 즉, 많이 어렵습니다.
그러면 연과 함께 날아가는 방법은 어떨까요? 연을 여러 개 준비해서 날아가 보자는 겁니다. 실제 1800년대 후반에서 1900년대 초반에는 사람을 태우는 연을 발명하기 위한 노력이 있었습니다.
이는 비행기의 발명으로 무산됐으나 1912년 보스턴의 연 제작자 새뮤얼 퍼킨스가 연을 타고 61m의 높이까지 올라갔다는 기록이 있습니다.
이때 지나가던 비행기가 연줄을 끊어버리면서 그대로 추락했으나 연이 낙하산 역할을 해주어 최소한의 상처만 입고 생존했는데, 올라간 높이를 봤을 때 충분히 가능성이 있는 방법입니다. 하지만 안전하게 착지하는 방법 없이는 위험할 수 있습니다. 궁금증이 해결되셨나요?
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