KISTI의 과학향기

토요일 오후 양과장네 가족은 오붓하게 007 어나더데이 비디오를 보며 휴식을 취하고 있었다. 한참 영화를 보던 중 007 제임스본드역을 맡은 피어스 브로스넌이 호버크래프트를 타고 비무장지대의 지뢰밭을 지나던 장면을 보고 현민이가 물었다.

“와! 아빠 저 차는 땅 위로 날아서 다녀요.”
“아~ 저건 그냥 차가 아니라 호버크래프트라 부르는 일종의 비행정이야.”
“호버크래프트요? 그건 뭐에요? 그리고 비행기랑은 어떻게 틀린 거에요?”
드디어 신나는 질문시간이 돌아왔다는 듯 현민이는 양과장에게 쉴 틈 없이 질문을 쏟아 냈다.

“그래 알았다, 요 녀석아. 자, 그럼… 어디서부터 시작해야 하나. 옳지! 공기의 힘부터 설명해 줘야겠구나.”
“공기의 힘이요? 그건 종이비행기 만들 때 말씀해주셨잖아요.”
“아직 기억하고 있구나. 하하! 그래~ 공기는 아무것도 아닌 듯하지만 압력을 가지게 되면 큰 힘을 낼 수 있지. 이런 공기나 물의 압력 작용을 정리한 사람은 전에도 말했듯이 프랑스의 과학자 블레즈 파스칼이란다. 그럼 공기의 압력으로 어떻게 물체를 띄울 수 있을까?
“음. 잘 모르겠어요.”

“그건 의외로 쉽지. 그 물체가 가지는 무게보다 더 큰 힘을 낼 수 있도록 공기에 압력을 가해주면 물체는 떠오르게 되겠지? 예를 들어 무게가 10kg인 물체가 있는데 이 물체를 밀어내는 공기의 압력이 10kg보다 더 크다면 물체가 뜰 수 있겠지?”
“네~”
“그래. 이런 원리로 호버크래프트를 띄우는 거야. 즉, 호버크래프트의 무게보다 더 강한 힘을 내는 공기를 밑으로 지속적으로 분사해 주면 영화에서처럼 호버크래프트가 뜨게 되는 거야.”

“아~ 그런데 어떻게 호버크래프트를 들어 올릴 수 있는 공기의 힘을 만들어 내는 거예요?”
“그건 호버크래프트 속에 프로펠러가 들어 있기 때문이란다. 이 프로펠러가 강하게 회전하면서 바깥의 공기를 빨아들여 압축시킨 다음 아래로 분사를 하는 거지. 그런데 그냥 분사가 된다면 공기는 바로 흩어지면서 무거운 호버크래프트를 똑바로 들어 올리지 못할 거야. 그래서 호버크래프트 옆을 보면 풍선처럼 부풀어 있는 것을 볼 수 있는데 이 공기주머니(스커트)에 압축 공기를 가두면서 호버크래프트 밑바닥 전체에 일정한 양력이 생길 수 있도록 하는 것이지.”

“그럼 앞으로 가거나 방향 전환을 하려면 어떻게 해야 돼요?”
“응. 영화 보면 호버크래프트 후면에 큰 프로펠러가 있지? 그 프로펠러를 돌려 앞으로 나아가는 추진력을 얻게 되고 프로펠러 뒤에 좌우측으로 움직이는 키를 통해 방향을 전환한단다.”
“아~ 그렇구나. 아빠! 그런데 왜 호버크래프트를 이용하는 거에요? 바다에서는 배 타고 가면 되고 땅에서는 자동차 타고 가면 되잖아요. 호버크래프트는 비행기처럼 높이 날 수도 없고 왠지 시시해 보여요.”

“아냐, 그렇지 않아. 호버크래프트는 공기의 힘으로 뜨기 때문에 자동차나 배보다 마찰력이 매우 낮아서 미끄러지듯 이동할 수 있는 장점이 있지. 게다가 딱딱한 땅이나 펄 같은 진흙밭이나 땅에서 바다로 바다에서 땅으로 어디든 이동이 가능하기 때문에 인명 구조나 산업 현장 그리고 군사용으로 많이 사용하고 있어.”
“아~ 그럼 시내에서도 타고 다니면 좋을 거 같아요.”
“하하, 호버크래프트는 아까 말했듯이 펜을 돌려 양력을 얻고 프로펠러로 추진력을 내기 때문에 소음이 매우 크단다. 게다가 고압의 공기를 아래와 옆으로 품어내니 엄청난 먼지가 날리게 될 거야. 그러니 도심에서 사용하기 어렵겠지!”

“편리하긴 하지만 만능은 아니라는 거죠?”
“그렇지.”
“아빠, 그런데 호버크래프트는 누가 처음으로 만든 거에요?”
“응. 1955년 영국의 과학자 크리스토퍼 코커렐(Christopher Cockerell)이 진공청소기를 이용해 만든 것이 최초라고 하더구나. 음… 그럼 우리 코커렐처럼 이 호버크래프트를 한번 만들어 볼까?”
“어~ 진짜 만들 수 있어요?”
“그럼! 영화에서 나오는 것과 똑같은 것은 만들기 어렵지만 그 원리는 쉽게 구현할 수 있지.”
“와, 신난다. 어서 만들어 봐요.”
“그래그래~”

[실험방법]
준비물 : CD, 필림통, 풍선, 빨대, 글루건

[진행순서]
1. 필름통 바닥면과 뚜껑에 구멍을 뚫는다.
2. 구멍 뚫린 필름통 바닥에 글루건으로 접착제를 바른 뒤 CD 가운데 구멍 있는 부분에 붙인다.
3. CD에 빨대 3개를 붙인다.
(풍선을 불어 고정할 때 빨대가 없으면 한쪽으로 기울어져 움직임이 둔해진다. 만약 빨대 없이 하려면 풍선을 작게 불어 기울어 지지 않도록 한다.)
3. 미리 뚫어 놓은 필름통 뚜껑에 풍선을 끼운다.
4. 풍선에 바람을 넣는다.
5. 필름통 뚜껑을 필름통에 닫는다.
6. 이렇게 만든 호버크래프트를 좌우로 밀어 본다.

[실험 Tip]
- CD면과 테이블의 바닥이 매끄러울수록 호버크래프트는 잘 움직인다.
- 만약 호버크래프트가 잘 움직이지 않는다면 필름통의 구멍을 조금 더 크게 뚫는다.
- 빨대가 없을 경우에는 풍선을 작게 불어 부푼 풍선이 좌우로 넘어지지 않게 한다.

글 : 양길식 과학칼럼리스트


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