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던지면 다시 돌아온다, 부메랑!


“자, 던진다! 하나, 둘 셋!”

큰 소리와 함께 하늘로 날아간 부메랑이 커다란 곡선을 그린다. 그리고는 부메랑을 던졌던 우리에게로 돌아왔다. 물론 내 손 안에 들어와서 착 안기는 건 아니다. 하지만 앞으로 계속 나가지 않고 방향을 바꿔서 우리에게 돌아온다는 게 너무 신기했다.

“진짜 신기해. 어떻게 매번 되돌아오는 걸까?”
“음. 부메랑을 던지면 빙글빙글 돌잖아! 혹시 그것 때문이 아닐까?”

철수는 부메랑의 ‘회전운동’ 때문일 거라는 의견을 내놓았다. 다시 부메랑을 던져보니 정말 윗날개와 아랫날개가 번갈아가면서 빙글빙글 돌고 있었다.

“회전하면서 방향을 바꾼다고? 그냥 원래 가던 방향으로 가려고 하지 않을까? ‘관성의 법칙’인가 하는 것도 있잖아.”
“맞아. 정지하든 움직이든 그 상태를 계속 유지하려는 ‘관성’이지. 회전하는 물체도 계속 회전하려는 ‘회전관성’을 가지고 있어. 그런데 회전하는 물체에 다른 방향으로 힘을 주면 어떻게 될까?”
“회전을 멈추게 될까?”
“아냐. 회전은 계속하면서 운동방향을 바꾸게 돼.”
“아, 그러니까 부메랑이 빙글빙글 돌 때 다른 힘을 받게 되면 방향을 바꿀 수 있겠구나.”

철수는 주머니에서 동전을 하나 꺼냈다. 평평한 바닥에 동전을 세워서 굴리자 동전이 꼿꼿하게 굴러갔다. 철수가 잘 굴러가던 동전을 한쪽으로 살짝 밀었더니 동전이 굴러가던 방향을 바꿨다.

“부메랑도 동전처럼 세로로 회전하잖아. 내가 동전을 살짝 옆으로 민 것처럼 부메랑에게도 다른 힘이 주어진다면 방향을 바꿀 수 있지 않겠어?”
“그렇네! 근데 하늘을 날아가는 데 무슨 힘을 받겠어? 공기의 힘을 받는 건가?”
“정답! 공기의 힘을 이용하는 거야.”

철수는 잠깐만 기다리라고 하더니 집에 가서 모형 비행기를 가지고 왔다. 그리고 비행기 날개를 자세히 보라고 했다. 그리고는 비행기 날개는 윗면이 볼록하고 아랫면이 평평하게 생겼다는 점을 꼭 기억하라고 했다.









“윗면이 볼록한 모양이 중요한 거야?”
“그럼! 그것 때문에 비행기가 하늘을 날 수 있거든. 날개의 윗면이 아랫면보다 더 볼록하면 날개 위쪽으로 지나가는 공기의 속도가 아래쪽보다 더 빨라진대. 그러면 아래쪽에 있는 공기가 날개를 위로 밀게 되지. 이걸 ‘양력’이라고 해.”
“아! 그건 들어봤어. 비행기가 양력을 받아서 하늘을 난다고! 근데 부메랑도 양력을 이용한다는 거야?”
“응. 부메랑을 한 번 만져 봐. 비행기 날개처럼 한 쪽은 볼록하고 다른 쪽은 평평하지? 이렇게 생긴 물체가 하늘을 날아가면 어떻게 될까?”
“볼록한 쪽을 지나는 공기가 훨씬 빠르게 흘러가는 걸까?”
“맞았어. 그러니까 평평한 쪽에 있던 공기가 볼록한 쪽으로 부메랑을 밀게 돼.”

그러니까 부메랑이 회전하면서 앞으로 나갈 때, 한 쪽에선 양력이 작용하는 거였다. 부메랑 모양 때문에 볼록한 쪽으로 미는 힘이 생기고 이것 때문에 방향이 바뀐다는 것이었다.

“부메랑이 방향을 바꾸는 이유가 한 가지 더 있어. 부메랑이 날아갈 때 윗 날개와 아랫 날개가 받는 힘은 반대가 되거든. 위쪽 날개는 회전하는 방향과 나아가는 방향이 같아서 힘을 많이 받고, 아래쪽 날개는 두 방향이 반대라서 힘을 적게 받는 거지.”
“그러면 어떻게 되는데?”
“위쪽 날개는 빨리 돌아갈 테니까 주변 공기의 속도가 빨라지게 되고, 반대로 아래쪽 날개 주변의 공기 속도는 느려지겠지. 그러면 두 날개가 받는 힘이 달라서 균형이 깨지게 된단다. 그러면 부메랑이 한 쪽으로 기우는 거야.”

이렇게 한 쪽으로 기울어진 부메랑도 회전은 계속하게 된다. 그러면 부메랑은 ‘세차운동’을 해서 반대쪽으로 돌아온다는 게 철수의 설명이다.

“세차운동은 또 뭐야? 너무 어려워.”
“잘 돌고 있는 팽이에 힘을 줘서 살짝 기울여 봐. 그래도 팽이는 쓰러지지 않고 크게 원을 그리면서 돌지? 이건 팽이가 중심축을 기울인 채 하나의 선 주위를 돌았다는 뜻이야. 다시 말해서 선을 가운데에 두고 큰 원을 그렸다는 거지.”
“원은 언젠가 만나잖아.”
“그래. 그러니까 부메랑이 빙글빙글 돌면서 결국 제자리로 돌아오는 거야.”

부메랑이 돌아오는 원리에 이렇게 많은 과학 원리가 숨어 있는 줄 몰랐다. 철수 녀석은 언제 저런 걸 다 공부한 거지? 나도 오늘부터 장난감 하나도 예사로 보지 않겠다고 다짐했다. 다음엔 철수에게 더 많은 과학 원리를 알려줘야지!

 

 

 



박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com



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