KISTI의 과학향기

살다 보면 상상만 해도 끔찍한 일들이 실제로 일어나는 것을 보게 된다. 전 국민의 50% 이상이 아파트에 살고 있는 이때에 누구나 한 번쯤은 우리 집 식구 가운데 누군가가 고층 아파트에서 떨어지지 않을까 하는 걱정을 해 보았을 것이다. 그런데 만약 사람들이 탄 엘리베이터의 줄이 12층에서 끊어져 추락을 한다면 어떻게 될까? “호랑이에게 물려가도 정신만 차리면 살아날 구멍이 있다”라는 속담은 이때도 통하는 말일까? 결론부터 말하면 절대로 살 수가 없다.12층(30미터)에서 추락한다면 땅에 닿을 때의 속도는 시속 88킬로미터, 줄이 끊어지고 추락할 때까지 불과 2.45초밖에 걸리지 않는다. 깜짝 놀라 “어, 무슨 일이지?” 하는 사이에 벌써 땅에 도착한다.정신 차릴 틈도 없는 것이다. 그렇다면 63빌딩에서 사건이 벌어진다면 어떨까? 63빌딩의 높이는 249미터. 남산이 250미터이니 정말 높기는 높다. 249미터 상공에서 엘리베이터 줄이 끊어져서 자유낙하 한다면 추락 순간의 속도는 자그마치 시속 251킬로미터. 하지만 걸리는 시간은 다행히 7.7초나 된다. 공기 저항도 있을 테니 넉넉잡고 10초라고 가정해 보자. 정신을 바짝 차리기에 충분히 긴 시간이다. 어떻게 살 궁리를 할 것인가?



사람들이 가장 많이 생각하는 방법은 땅에 닿기 전에 발을 굴러 살짝 뛰어오르는 것이다. 한 1미터 정도. 그래서 엘리베이터가 추락하고 난 후 사람은 안전하게 1미터 높이에서 땅으로 떨어지겠다는 계산이다. 물론 추락하는 엘리베이터 속에서도 뛰어오를 수 있다. 이때 발을 살짝만 구르도록 주의해야 한다. 급한 마음에 힘껏 구르면 천장에 머리를 세게 부딪쳐 오히려 크게 다칠 수 있기 때문이다.



자유낙하를 할 때는 무중력 상태가 된다. 혹시 그럴 기회가 있다면 추락하는 엘리베이터에서 체중계로 몸무게를 재어 보시라. 바늘은 ‘0’을 가리킬 것이다(아인슈타인 선생님의 말씀이니 안심하고 믿으시라). 자유낙하 하는 엘리베이터는 우주를 유영하는 우주선의 내부와 같다. 그 속에서 사람은 한 번 힘을 주면 영원히 등속운동을 할 수 있다.

그러나 아무리 재주 좋게 살짝 뛰어올라 엘리베이터가 땅에 부딪치는 순간에 붕 떠 있었다 하더라도 목숨을 건질 수는 없다. 단지 엘리베이터보다 조금 늦게 떨어졌을 뿐, 249미터에서 떨어진 것은 분명한 사실이기 때문이다. 자유낙하 하는 순간부터 엘리베이터는 엘리베이터이고 승객은 승객이다. 둘 사이에는 아무런 관계도 없다.



어떻게 그럴 수가 있느냐고? 그럴 수 있다. 우리는 간단한 실험으로 추락하는 엘리베이터와 승객의 관계를 확인할 수 있다. 종이컵에 물을 담고 아래쪽에 구멍을 뚫자. 그러면 물이 밑으로 새는 것을 볼 수 있다. 컵은 사람이 잡고 있으니까 위에 그대로 있지만, 물의 경우에는 사람은 잡고 있지 않지만 지구가 잡아당기므로 밑으로 떨어진다. 그것을 우리는 중력이라고 부른다. 이번에는 뚫린 구멍을 손가락으로 막고 물을 담아보자. 그리고 컵을 떨어뜨려 보자. 추락하는 동안에는 컵의 구멍으로 물이 나오지 않는다. 물과 컵 모두 중력에 의해 자유낙하 하고 있기 때문이다. 이게 바로 자유낙하 중인 엘리베이터와 승객의 관계이다.



그렇다고 63빌딩의 엘리베이터가 떨어질까 겁낼 필요는 전혀 없다. 63빌딩의 엘리베이터는 우리가 알고 있는 엘리베이터와 전혀 다른 구조와 원리를 갖고 있기 때문이다. 63빌딩의 엘리베이터는 쇠줄 대신 벽에 자석이 붙어 있는 레일을 설치하였다. 여기에 +와 - 전기를 연속해서 바꿔주어 자석의 극성을 바꿈으로써 엘리베이터가 움직이도록 하였다. 자기부상 열차와 같은 원리이다. 하긴, 놀이동산의 ‘자이로드롭’도 자유낙하 하다가 바닥에 닿기 직전 급격히 속도가 줄면서 천천히 멈추도록 장치를 해 놓았는데, 하물며 초 현대식 건물의 엘리베이터에서 괜한 걱정을 할 필요가 있겠는가! (글 : 이정모-과학칼럼리스트)