d라이브러리

(      )는 세 가지 방법
하나. 공중에서 평균 시속 100㎞로 마음대로 달려 본다.
둘. 20층 높이에서 3초 만에 훌쩍 떨어지다가 갑자기 멈춰 본다.
셋. 허공에서 빠르게 왔다 갔다 해 본다.

빈 칸에 들어갈 말은 무엇일까? 슈퍼맨이 체력을 테스트하는 세 가지 방법?
지옥에서 벌 받는 세 가지 방법? 지난 밤 꿈 속에서 악당을 물리쳤던 세 가지 방법?
이렇게 말하고 보니 모두 다 현실적으로 불가능한 일처럼 보인다. 하지만 이 세 가지 방법은 현실 속에서 버젓이 일어나고 있다. 그리고 우리는 무려 세 가지 방법을 즐겁고 재미있다고 여기기까지 한다. 도대체 정답이 뭘까? 두두두둥~! 정답은 바로…, 뒷장에 있다!

김기자의 취재파일X

‘어린이과학동아’독자들을 위해 슈퍼맨이나 가능하고 꿈 속에서나 일어날 법한 불가능한 일을 김 기자가 직접 체험해 그 기분이 어떤지 느껴 보기로 했다. 도대체 어떻게? 놀이공원에서 놀이기구를 타면서 신나게!(모두들 눈치챘을 것이다! 정답은 바로 놀이공원에서 놀이기구를 즐기는 세 가지 방법이다!)

 

분석파일 1
공중에서 평균 시속 100㎞로 마음대로 달려 보자
롤러코스터

시속 100㎞로 고속도로를 달리는 자동차 안. 창 밖으로 나무들이 눈 깜짝할 새에 지나가지만 정작 차 안은 여유롭다. 장면을 바꿔 보자. 시속 100㎞로 레일을 달리는 롤러코스터 안. 주변의 풍경을 감상할 마음의 여유는커녕 머리카락이 정신 없이 흩날리고 연신 비명이 터져 나온다.
여기서 잠깐~! 분명 자동차가 고속도로에서 달리는 속도와 비슷하게 달리는데, 왜 롤러코스터가 더 빠르게 느껴질까? 그건 바로 공기의 저항을 사정없이 온몸으로 받아 내기 때문이다. 게다가 꽈배기처럼 꼬인 레일을 돌면서 바람을 받는 몸의 방향이 계속 변하기 때문에 더욱 견디기 힘들다.
또한 롤러코스터를 타는 도중에는 우리 체중의 2~4배나 되는 압력을 받게 된다. 경주용 자동차를 모는 선수가 5~6배에 달하는 압력을, 우주선이 발사될 때 우주인이 6~7배 되는 압력을 받는다고 하니 롤러코스터를 타면서 비명을 지르는 것도 무리가 아니다. 이러한 힘을 G-포스라고 하며, 보통 놀이기구의 스릴이 어느 정도인지를 가늠하는 척도로 사용한다.

분석파일 2
20층 높이에서 3초 만에 훌쩍 떨어지다가 갑자기 멈춰 보자
드롭타워

20층 높이에서 떨어지기 위해서는 일단 부지런히 위로 올라가야 한다. 드디어 정상. 흘끗 고개를 들고 아래를 보니 사람이 개미만 하고, 놀이
공원의 전경이 미니어처 모형처럼 한눈에 보인다. 이제 3초 만에 뚝 떨어질 일만 남았다.
으아악~, 엄마야! 떨어지는 순간, 분명히 의자에 몸을 찰싹 붙이고 앉아 있었는데도 불구하고 순식간에 엉덩이와 의자의 사이가 멀어진다. 이 현상은 바로 일시적인 무중력 상태를 경험하는 것으로‘ 에어타임’이라고 한다. 이 때는 아무런 무게를 느끼지 못해 공중에 붕~ 뜬 듯 희한하고 짜릿한 느낌이 든다. 그래서 많은 드롭타워들이‘에어타임’구간을 늘리기 위해 노력하고 있다.

분석파일 3
허공에서 빠르게 왔다 갔다 해 보자
바이킹
 

롤러코스터처럼 빠른 속도도 아니고 드롭타워만큼 높은 곳에서 떨어지지도 않는다. 하지만 허공을 한 번, 두번, 세 번…, 왕복하다 보니 롤러코스터나 드롭타워보다 훨씬 짜릿한 것 같다. 그 이유는 바로 속도의 변화에 있다!
롤러코스터는 일정하게 빠른 속도로 움직이지만 바이킹은 높이 올라갈수록 속도가 점점 줄어든다. 그래서 가장 높은 곳에 올라갔을 때 꼭대기에 머무는 시간이 꽤 길다. 그래서 상대적으로 더 오랫동안 짜릿함을 느끼고 더 스릴 있게 느껴지는 것! 게다가 다른 놀이기구와 달리 앞이 보이지 않는 뒤쪽 방향으로도 빠르게 움직이기 때문에 더욱 무섭게 느껴진다.

그러고 보니 슈퍼맨이 하늘을 날면서 남몰래 느꼈던 스릴과 꿈 속에서나 느낄 수 있었던 초인적인 기분까지, 우리가 불가능하다고 생각하는 모든 것들을 놀이기구가 조금씩 실현시켜 주고 있었다. 그렇다면 과연 놀이기구는 어떻게 이 모든 것들을 이루었을까? 약 600년 전부터 시작된 그 치열한 과정을 따라가 보자.


롤러코스터 I

쌩쌩~, 더 빠르고 더 스릴 있게!

가장 먼저 살펴볼 놀이기구는 롤러코스터. 오래도록 큰 사랑을 받고 있는 롤러코스터가 과연 어떻게, 그리고 무엇 때문에 그렇게 변해왔는
지 함께 살펴보자.

1세대 롤러코스터

최초의 롤러코스터는 지금으로부터 600년을 거슬러 올라간다. 1400년대에 처음 나타난 나무로 만든 롤러코스터(➊, ➋)는 오늘날의 거대한 모습과 달리 아담하고 조촐했다. 나무로 만든 구조물에 지금의 레일 대신 얼음이 깔려 있었고, 매끄러운 얼음 위를 나무로 만든 대형 썰매를 타고 씽씽 내려오는 것이 전부였다. 하지만 롤러코스터의 짜릿함을 맛본 사람들의 반응은 열광적이었다.
 

 

2세대 롤러코스터

1900년대에 들어 과학과 기술이 발달하면서 철을 다루는 방법이 발전하기 시작했다. 쉽게 구부릴 수 있고 원하는 대로 모양을 만들 수 있는 속이 텅 빈 형태의 철도 개발됐다. 그러자 사람들은 이를 이용해 다양한 모양의 롤러코스터를 만들기 시작했다. 단순히 올라가고 내려가는 언덕 모양의 롤러코스터가 아닌 꽈배기처럼 꼬이고 곡선으로 휘어진 롤러코스터를 만들게 된 것이다! 마침내 1959년 전체가 철로 만들어진‘마
테호른 봅슬레이 라이드’(➌)가 디즈니랜드에 들어서게 됐고, 이 때부터 롤러코스터의 전성기가 시작됐다.
 

3세대 롤러코스터

여러 가지 모양의 롤러코스터를 만들 수 있게 되자, 사람들은 더 큰 욕심을 부리기 시작했다. 좀 더 높은 곳에서 더 가파른 각도로 낙하하거나 더 빠른 속도로 달릴 수 있는 롤러코스터를 원하게 된 것이다. 이를 위해서는 꽈배기처럼 꼬인 레일 위를 거꾸로 달리거나 경사가 심한 곳에서 빠르게 질주할 때 레일과 열차를 잡아 줄 안전장치가 필요했다. 그것이 바로‘ㄷ’자 모양의 바퀴!(➍) ‘ㄷ’자 모양으로 된 바퀴는 막대기를 쥔 손처럼 레일을 든든하게 감아쥐었고, 덕분에 30m 높이에서 시속 96㎞의 속도로 질주해도 안전하게 달릴 수 있게 되었다. 덕분에 레일 아래에 매달리거나 열차에 누워서 타는 등 다양한 형태의 롤러코스터(➎)가 나타나기 시작했다.
 

4세대 롤러코스터

레일도 이리저리 꼬아 보고 열차의 위치도 바꾸어 보던 롤러코스터는 이제 다른 곳으로 눈을 돌리기 시작했다. 아래로 떨어지기 위해 언덕을 꾸역꾸역 올라가는 것이 지루해진 것. 그래서 아예 처음부터 빠른 속도로 올라갈 수 있도록 특별한 장치를 만들어 냈다. 자석의 같은 극은 서로 밀어 내고 다른 극은 서로 당기는 힘을 이용한 모터가 바로 그것. 열차의 아래쪽에는 영구자석을, 레일 위에는 전기가 흐를 때만 자석이 되는 전자석(➏)을 붙여 놓고, 전기의 흐름을 조절할 수 있게 만들었다. 그 결과 전기만 조절하면 자석끼리 밀고 당기는 힘이 생기면서 열차가 앞
으로 나갈 수 있게 됐다. 이 때의 순간적인 힘은 몇 초 만에 시속 193㎞를 낼 수 있을 정도라 거의 90。나 되는 경사도 거뜬하게 올라갈 수 있게 되었다.
 

롤러코스터 Ⅱ

뚝딱뚝딱~, 더 안전하고 더 스릴 있게!

기술이 발전하고 스릴을 즐기고픈 욕구가 점점 커지면서 진화한 롤러코스터는 겉모습뿐만 아니라 눈에 보이지 않는 부분도 같이 발전해 왔다. 각 세대의 롤러코스터를 만드는 방식도 같이 진화해 온 것! 최근 에버랜드에 생긴 T-익스프레스를 통해 롤러코스터를 만드는 방법이 어떻게 발전했는지 알아보자.

어떤 재료를 사용할까?

T-익스프레스는 나무로 만든 우든코스터. 그럼 1세대로 돌아간 거냐고? 그건 아니다! 여기에 사용된 나무는 9겹의 목재를 압력으로 꾹꾹 눌러서 만든 ‘라미네이트우드’로 철만큼 단단하다. 이를 만들기 위해서는 우선 조직이 단단한 핀란드산 전나무를 바닷물에 담가수분을 쭉 뺀다. 그리고 나무가 썩는 것을 막아 주는 구리와 나무를 갉아먹는 흰개미를 막는 붕소를 넣고, 이 두 약품이 잘 섞이도록 크롬을 집어넣는다. 이렇게
해서 만들어지는 라미네이트우드는 나무보다 7배 강하고 온도와 습도에 따라 잘 변하지 않는다.

어떤 모양으로 만들까?

롤러코스터들은 하늘을 뚫을 만큼 아찔해지는 높이에 발맞춰 이 높이를 지탱하는 힘도 커져야 했다. 이를 위해 사용한 것이 바로 트러스 구조..
트러스 구조란 사각형과 X자가 교대로 반복되어 있는 구조로 단순한 사각형 구조보다 훨씬 힘이 세고 튼튼하다. 트러스 구조는 원래 큰 다리를 지을 때 사용한 방식이었는데, 그 기술이 롤러코스터에도 접목되어 지금까지 계속 사용되고 있다. T-익스프레스의 안전을 책임지고 멋진 장관을 연출하는 것도 바로 트러스 구조!

사람이 타기 전까지는?

사람을 태우기 전에는 반드시 롤러코스터가 제대로 운행되는지 점검해야 한다. 이전에는 그저 롤러코스터를 시운전 해 보는 걸로 끝이었지만 요즘에는 컴퓨터 프로그램을 이용해 어느 부분에서 속력이 얼마큼 나오고 사람의 신체가 어떻게 반응하는지까지 분석한다. 여기에 사람이 전 구간의 레일을 따라 걸으면서 레일에 이물질이 떨어지진 않았는지 눈으로 확인하는 전통적인 방법도 함께 쓰이고 있다.

설치하기 전에는?

이제껏 롤러코스터를 만들 때는 설계도면에 구조를 그린 뒤, 그 설계도를 보고 설치 현장에서 일일이 나무를 잘라서 짜 맞추었다가, 안 맞으면 다시 처음부터 시작하는 방식을 썼다. 하지만 T-익스프레스를 비롯한 최근의 롤러코스터들은 컴퓨터상으로 나무를 자르고 끼우고 맞추어 롤러코스터를 만들어 보는 ‘프리패브리케이팅 시스템’을 이용했다. 그 결과 만드는 시간과 노력을 크게 절약할 수 있게 됐다.

우와~, 공중에서 시속 100㎞로 마음껏 달리기 위해 정말 많은 노력을 해 왔구나! 정말 대단해~! 이제 두 번째 방법인 20층 높이에서 3초 만에
떨어지는 방법을 알아볼 차례. 빨리 뒷장으로 고고!

드롭타워
즐겁게~♪ 떨어지다가 그대로 멈춰라!

가슴을 졸이며 열심히 올라갔다가 꺄악~ 비명이 터져 나옴과 동시에 바닥으로 뚝 떨어지는 드롭타워. 떨어지는 그 짧은 시간에 무슨 생각이 들까 싶지만 꼭 내가 탄 의자가 바닥에 쿵~ 하고 부딪힐 것만 같다. 하지만 의자는 바닥에 닿기 전 몇 미터를 앞두고 멈추고, 그 뒤부터는 아주 천천히 내려오면서 우리를 지상에 무사히 내려놓는다.
1982년 처음 만들어진 이래로 많은 이의 사랑을 받고 있는 드롭타워가 갖고 있는 가장 큰 스릴은 바로 브레이크의 공포라고 해도 과언이 아니다. 다른 각도로 해석하자면, 드롭타워가 만들어질 수 있었던 핵심은 바로 빠른 속도로 떨어지는 의자를 안전하게 잡아 주는 브레이크 시스템이었던 것!
 

① 안전도 살리고 스릴도 높이고

20층 높이에서 시속 88㎞로 떨어지는 의자를 순간적으로 잡아 주는 데에는 의외로 누구나 알고 있는 간단한 것이 쓰인다. 바로~, 자석! 드롭타워의 의자 뒤쪽에는 자석이 붙어 있고, 타워의 약 20m 지점에는 금속판이 띠를 두른 듯 붙어 있다. 의자가 이 지점까지 떨어질 때 금속판에 전기가 걸리게 되면, 순간적으로 자석의 성질을 띠게 된 금속판과 타워에 붙어 있는 자석이 서로 밀어 내는 힘을 갖게 된다. 그 결과 의자는 순간적으로 멈추게 된다.
자석을 이용한 이 브레이크는 오랫동안 사용할 수 있는데다 마찰력을 이용한 브레이크보다 훨씬 안정감 있게 의자를 멈출 수 있다. 이러한 장점을 가진 자석 브레이크가 쓰이면서 훨씬 높은 곳에서 더 빠른 속도로 떨어지는 드롭타워들이 나타나기 시작했다.

② 공기로 스릴을 뻥~ 튀기다!

땅으로 꺼질 것 같은 스릴을 맛본 사람들은 또 욕심을 내기 시작했다. 한 번만 타도 여러 번의 드롭타워를 탄 것 같은 효과를 누리고 싶어진 것이다. 그래서 아래로 뚝 떨어지기만 했던 기존 드롭타워 말고 팝콘이 튀듯 위로 튀어 오르고 다시 내려오는 걸 반복하는 방식을 생각하게 됐다. 이를 위해서는 빠른 속도로 내려오는 의자를 다시 위로 재빨리 튕겨 올려 줄 수 있는 강력한 힘이 필요했다. 놀라지 마시라! 그 힘은 바로 공기! 압축된 공기가 순간적으로 밖으로 나가는 힘은 시속 88㎞로, 떨어지는 물체를 위로 쏘아 올릴 만큼 강력하다. 이런 방식의 드롭타워는 공기의 힘으로 위로 되쏘아질 때, 너무 높이 올라가는 것을 막기 위해 타워의 윗부분에도 자석 브레이크를 설치한다. 

휴우~, 슈퍼맨이 느끼는 스릴을 훔치는 일이 정말 쉽지 않구나! 이제 마지막으로 허공에서 빠르게 왔다 갔다 하는 스릴을 느끼기 위해 얼마나 많은 노력을 했는지 따라가 보자!

바이킹
흔들~ 흔들~ 꺄아악!

10세기 북유럽 해안을 약탈하던 바이킹 해적선을 빌려 타고 바다 대신 허공을 누빈다. 3분도 안 되는 시간 동안 허공을 14번이나 가로지르지만 보물을 빼앗기는커녕 마음의 평정심만 빼앗긴다. 위로 올라갈 때는 하늘로 튕겨져 올라갈 것만 같고, 아래로 내려올 때는 꼭 맞은편으로 굴러 떨어질 것만 같다. 빠른 속도로 왔다 갔다 하다 보면 이러다 360°로 한 바퀴 훌렁~ 돌아 버리는 건 아닌가 하는 조바심이 든다. 이게 바로 바이킹을 타는 묘미이자 스릴!
그래서 바이킹은 스릴을 더 느끼게 하면서도 안전하게 배를 흔드는 기술을 발전시키고 또 발전시켜 왔다.

① 자동차 타이어만 있으면 OK!
사람들은 보통 바이킹의 배를 흔드는 건, 배와 연결된 기둥이라고 생각하지만 이 기둥은 그저 배가 허공에 떠 있도록 하는 기둥일 뿐이다. 그렇다면 도대체 바이킹을 움직이는 건 무엇일까?
바이킹과 비슷한 그네를 생각해 보자. 그네를 타기 전에는 속력을 내기 위해 발로 땅을 굴려야 한다. 바이킹도 마찬가지. 배가 지나가는 부분의 땅바닥을 자세히 살펴보면 배가 앞뒤로 움직일 수 있도록 발의 역할을 하는 것이 있다. 바로 자동차 타이어! 이 타이어가 돌아가면서 배의 바닥을 밀어 주면, 그 힘으로 배가 위로 올라가게 된다. 타이어가 돌아가는 방향에 따라 바이킹의 진행 방향이 달라지는데, 타이어가 앞으로 구르면 바이킹도 앞쪽으로 올라가고 뒤로 구르면 뒤쪽으로 올라간다.
바이킹이 만들어진 초기에는 앞으로 구르는 타이어와 뒤로 구르는 타이어를 하나씩 놓아 배가 움직이는 타이밍에 맞춰 번갈아 사용했었다. 하지만 기술이 발전해 하나의 타이어를 앞뒤로 굴릴 수 있는 모터가 개발됐고, 바이킹도 이를 이용하게 되었다.

② 2차원에서 3차원의 세계로!

시간이 흐르면서 바이킹의 한계가 드러나기 시작했다. 바이킹은 그저 앞뒤로만 움직이는 2차원적 운동만 할 수 있었기 때문에, 롤러코스터에 비해 스릴을 높이기가 어려웠다. 그렇다고 스릴을 포기할 순 없는 일! 기술이 발전하면서 360°로 뱅글뱅글 돌아가거나 여러 방향으로 앉을 수 있는 새로운 종류의 바이킹들이 나타났다. 덕분에 앞뒤로 움직일 때 느끼는 스릴뿐만 아니라 회전을 할 때 생기는 스릴까지도 느낄 수 있게 되었다.
여기에는 안전장치의 발달도 한몫 했다. 기존 바이킹은 최대 90°까지밖에 움직이지 못했는데, 온몸을 감싸며 든든하게 잡아 주는 장치가 개발되자 최대 240°까지 기구를 회전시킬 수 있게 됐다.

짝짝짝! 스릴을 추구하는 사람들의 끝없는 노력에 박수를 ! 흠~, 그런데 과연 미래에는 어떤 놀이기구들이 나타날까?

불가능한 상상이 만드는 미래

미래의 놀이기구를 즐기는 세 가지 방법

하나. (       )
둘.    (       )
셋.    (       )

빈 칸에 들어갈 말은 무엇일까? 롤러코스터를 타고 건물 사이를 날아다닌다? 물 속으로 돌진한다? 270m 높이의 허공에서 시속 70㎞로 뱅글
뱅글 돈다? 이렇게 말하고 보니 모두 다 미래에도 불가능한 일처럼 보인다. 하지만 이 세 가지 방법은 현재 세계 곳곳에서 버젓이 일어나고 있다. 그러므로 땡~! 그렇다면 도대체 정답이 뭘까?
두두두둥~! 정답은 바로…, 기사를 좀 더 읽어 보면 나온다!

"새로운 놀이기구는 그 이전까지 불가능하다고 여겼던 것이 실제로 만들어지면서 개발되어 왔어요. 그러므로 미래의 놀이기구가 무엇인지는 지금 아무도 모르지요. 다만 지금까지 나오지 않았으며 불가능하다고 여긴 상상과 새로운 기술력이 만난 획기적인 놀이기구라는 건 틀림없겠지요." 김환태(에버랜드 파크기획팀 과장)

결국 미래의 놀이기구는 우리의 머릿속에 있다는 것이다! 그러므로 정답은 우리가 불가능하다고 여기는 모든 생각들!

인세니티

미국 라스베이거스 스트라토스피어 호텔 109층에 설치된 놀이기구. 270m의 높이에서 시속 70㎞로 뱅글뱅글돈다. 고층건물 꼭대기에서 놀이기구를 탄다는 불가능한 상상을 현실로 이루어 냈다.
 

바닛슈

일본 요코하마 코스모월드에 있는 롤러코스터. 호수를 관통하는 터널을 지나간다. 터널에 들어가기 직전 물이 발사되어 정말 물 속으로 뛰어드는 느낌을 준다. 속도는 그리 빠르지 않으나 물 속으로 돌진한다는 불가능한 상상 하나만으로 많은 이들의 사랑을 받고 있다.
 

맨해튼 익스프레스

미국 라스베이거스에 있는 롤러코스터로 시속 107㎞로 건물 사이를 지나친다. 건물 사이를 질주하는 것은 영화 속에서나 일어나는 불가능한 일이라고 생각했지만 맨하탄 익스프레스가 생기고 나서는 누구나 즐길 수 있는 가능한 일이 되었다.
 

지금까지 단순한 재미에서 출발한 과거의 놀이기구에서부터 사람들의 끊임없는 도전과 눈부신 과학이 만들어 낸 오늘날의 놀이기구까지 알아보았다. 그렇다면 이제는 미래의 놀이기구를 그려 볼 차례! 분명‘어린이과학동아’친구들이라면 지금까지 그 누구도 보지 못한 최고의 놀이기구를 만들어 낼 수 있을 것이다. 불가능을 뛰어넘는 창조적인 상상력으로 말이다!