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‘어린이과학동아’ 친구들은 하늘을 나는 꿈을 꾼 적 없나요? 슈퍼맨처럼 빨간 망토를 걸치거나 빗자루를 타고 슝~하고 파란 하늘을 가로지르는 신나는 꿈 말이에요.
조앤 롤링이라는 영국의 작가도 어린 시절, 이런 꿈을 꾼 적이 있나 봐요. <;해리포터와 마법사의 돌>;의 주인공 해리포터가 빗자루를 타고 하늘을 날아다니는 장면이 나오니까요. …가만, 그러고 보니 궁금증이 생겨요. 정말 사람이 빗자루를 타고 하늘을 날아다닐 수 있을까요?
줄거리
해리포터는 열한 번째 생일을 맞이하는 날, 호그와트라는 영국 최고의 마법학교에 입학해요. 그 곳에서 해리는 변신술을 비롯하여 여러 가지 마법을 배워요. 그리고 동료들과 함께 마법의 빗자루를 타고 공중을 날아다니면서 하는 ‘퀴디치’ 게임에서 스타가 되지요. 그 후 해리는 여러 가지 어려움을 모두 용감하게 극복한 후, 위험에 빠진 호그와트 마법학교를 구하고 위대한 마법사의 길을 걷게 된답니다.
마법사가 되려면 빗자루를 타야 해?
“해리의 빗자루가 갑자기 세게 날아갔다. 해리는 떨어질 뻔하다가 간신히 한 손으로 빗자루를붙잡고 대롱대롱 매달려 있었다. 플린트가 해리 앞을 가로막았을 때 빗자루에 무슨 일이 생겼던걸까? 시무스가 작은 소리로 말했다. 그럴 리가? 해그리드가 떨리는 목소리로 말했다. 빗자루에 해를 끼칠 수 있는 건 강력한 어둠의 마법뿐이야. 아이들은 절대 님부스 2000에 그런 짓을 할 수 없을 거야.” <;해리포터와 마법사의 돌>; 중에서 ‘*님부스 2000’은 해리포터가 호그와트 마법 학교에 입학한 후, 미네르바 맥고나걸 교수로부터 받은 마법의 빗자루예요. 해리가 정말 자신이 마법사의 후손이라는 사실을 깨닫게 해 주는 물건이지요. 옛날부터 마법사들이나 마녀들은 모두 빗자루를 타고 하늘을 날아다녔거든요. 그런데 님부스 2000을 타면 정말 하늘을 날아다닐 수 있을까요? 만약에 이런 일이 가능하다면 님부스 2000이 어떤 원리로 하늘을 나는 것일까요? 지금부터 그 비밀을 탐구해 보겠습니다.
*님부스 : 님부스는 신이나 성자들의 머리뒤에서 빛나는 후광. 또 미국에서 1964년에 만들어 지구 궤도에 올린 최초의 기상위성 위성이름이기도 하다.
작품 소개
『해리포터와 마법사의 돌』은 영국의 소설가 조앤 롤링이 지은 책이에요. 주인공 해리포터는 부모를 잃고 자신이 마법사라는 사실을 모른 채 친척집 계단 밑벽장 속에서 불쌍한 삶을 살아요. 하지만 결국 위대한 마법사가 되어 친구들과 함께 마법 세계를 구하고 영웅이 돼요. 『해리포터』 시리즈는 전세계적으로 1억 권이 넘게 팔렸고, 영화로도 제작돼 큰 인기를 끌었어요.
날아다니는 빗자루의 비밀은‘ 반중력’
보통 하늘을 날 때는 지구의 중력을 이기는 힘을 내기 위한 장치가 필요해요. 헬리콥터의 회전날개나 로켓 엔진처럼요. 하지만 하늘을 나는 빗자루 님부스 2000에는 하늘을 날게 하는 장치가 하나도 보이지 않아요. 마당을 쓰는 평범한 빗자루와 똑같이 생겼지요.
그럼 님부스 2000은 어떻게 하늘을 나는 걸까요? 과학적으로 설명할 수 있는 유일한 방법은 ‘반중력’을 이용하는 거예요. 반중력은 말 그대로 중력의 반대 힘을 말해요. 지구에 사는 우리는 언제, 어디서나 지구 중심 쪽으로 향하는 힘인 중력의 영향을 받으며 살아가요. 중력은 질량을 가진 모든 물체가 가지고 있는 힘으로, 다른 물체를 끌어당기는 힘이에요. 보통 큰 물체인 지구만 중력이 있다고 생각하기 쉽지만, 사실은 모든 물체가 중력을 가지고 있어요. 다만 질량이 큰 물체의 중력 이 훨씬 더 커서 작은 중력을 느끼지 못하는 것뿐이지요.
특히 지구나 태양, 달과 같이 질량이 아주 큰 천체들은 강력한 중력을 발휘해요. 지구에서 아주 멀리 떨어진 곳에 있는 달이 지구의 바닷물을 움직여 밀물과 썰물을 만드는 것도 달의 중력이 강하기 때문에 일어나는 현상이지요. 이렇게 중력은 천체 사이의 움직임에 영향을 미치는 힘이기 때문에 중력이 없다면 우주는 엉망진창이 될 거예요. 어쩌면 우주가 시작되지 못했을지도 몰라요.
반중력은 이런 중력과 반대되는 힘이에요. 중력과 크기는 같지만 방향이 반대지요. 그러나 학교에서 배우는 뉴턴의 ‘만유인력 법칙’대로라면, 실제로 주위에서 반중력을 볼 수는 없어요. 반중력이 생기려면 질량이 음(-)의 값을 가져야 하는데, 아직 인류는 그런 물체를 발견하지 못했거든요.
▲ 지구 주위를 도는 인공위성에도 중력이 작용한다. 지구가 인공위성을 끌어당기고, 인공위성도 지구를 끌어당기기 때문이다. 단, 인공위성의 경우는 궤도를 돌면서 발생하는 원심력이 중력을 없애 주는 효과를 내어 지구로 떨어지지 않는다.
우주로 날아가 버리는 반중력 빗자루~!
그러나 어떤 과학자들은 질량이 음의 값인 물질이 우주 어디엔가 있을 거라고 믿고 있어요. 거기에는 나름대로 이유가 있어요. 우리가 알고 있는 전기력이나 자기력은 두 가지 힘으로 이뤄져 있어요. 하나는 서로 다른 극 사이에 작용하여 끌어당기는 힘인 ‘인력’이고, 또 하나는 서로 같은 극끼리 서로 밀어 내는 힘인 ‘척력’이에요. 이렇게 전기력과 자기력에 인력과 척력이 함께 있듯, 중력에도 밀어 내는 힘인 반중력이 있을 거라고 생각하는 거지요. 이 과학자들은 아직 인간의 과학이 덜 발달해 반중력을 발견하지 못했지만, 먼 훗날에는 발견하게 될 거라고 믿는답니다.
그럼 해리포터가 탄 마법의 빗자루가 반중력 물질로 되어 있기만 하다면, 영화처럼 신나게 하늘을 날 수 있을까요? 그건 아니에요. 님부스 2000이 반중력을 갖는 순간, 님부스 2000과 그 위에 올라탄 해리포터는 지구를 벗어나 먼 우주로 날아가 버릴 테니까요. 왜냐하면 님부스 2000의 반중력 물질이 중력의 영향은 받지 않고, 중력의 반대 방향으로 미는 힘, 즉 반중력만 받기 때문이에요.
따라서 영화 속에서처럼 님부스 2000을 자유롭게 다루려면 다시 반중력과 반대되는 방향, 즉 지구 쪽으로 당겨 주는 힘인 중력이 필요해요. 중력을 이기기 위해 반중력이라는 힘을 생각했는데, 다시 반중력을 이기기 위해 중력이 필요하다니 뭔가 문제가 있지요? 아무래도 빗자루를 타고 하늘을 날긴 어렵겠다는 생각이 드네요.
▲ 실제로 지구의 중력을 이기고 하늘을 날기 위해서는 중력과 반대 방향으로 밀어 주는 힘이 필요하다. 화학 연료를 태워서 추진력을 만드는 로켓 엔진(왼쪽)이 대표적인 예다. 또한 태양에서 나오는 태양풍을 돛처럼 생긴 막으로 받아 비행하는 상상 속의 우주선(오른쪽)처럼, 미래에는 반중력을 이용해 하늘이나 우주를 나는 우주선이 탄생할지도 모른다.
조앤 롤링이라는 영국의 작가도 어린 시절, 이런 꿈을 꾼 적이 있나 봐요. <;해리포터와 마법사의 돌>;의 주인공 해리포터가 빗자루를 타고 하늘을 날아다니는 장면이 나오니까요. …가만, 그러고 보니 궁금증이 생겨요. 정말 사람이 빗자루를 타고 하늘을 날아다닐 수 있을까요?
해리포터는 열한 번째 생일을 맞이하는 날, 호그와트라는 영국 최고의 마법학교에 입학해요. 그 곳에서 해리는 변신술을 비롯하여 여러 가지 마법을 배워요. 그리고 동료들과 함께 마법의 빗자루를 타고 공중을 날아다니면서 하는 ‘퀴디치’ 게임에서 스타가 되지요. 그 후 해리는 여러 가지 어려움을 모두 용감하게 극복한 후, 위험에 빠진 호그와트 마법학교를 구하고 위대한 마법사의 길을 걷게 된답니다.
마법사가 되려면 빗자루를 타야 해?
“해리의 빗자루가 갑자기 세게 날아갔다. 해리는 떨어질 뻔하다가 간신히 한 손으로 빗자루를붙잡고 대롱대롱 매달려 있었다. 플린트가 해리 앞을 가로막았을 때 빗자루에 무슨 일이 생겼던걸까? 시무스가 작은 소리로 말했다. 그럴 리가? 해그리드가 떨리는 목소리로 말했다. 빗자루에 해를 끼칠 수 있는 건 강력한 어둠의 마법뿐이야. 아이들은 절대 님부스 2000에 그런 짓을 할 수 없을 거야.” <;해리포터와 마법사의 돌>; 중에서 ‘*님부스 2000’은 해리포터가 호그와트 마법 학교에 입학한 후, 미네르바 맥고나걸 교수로부터 받은 마법의 빗자루예요. 해리가 정말 자신이 마법사의 후손이라는 사실을 깨닫게 해 주는 물건이지요. 옛날부터 마법사들이나 마녀들은 모두 빗자루를 타고 하늘을 날아다녔거든요. 그런데 님부스 2000을 타면 정말 하늘을 날아다닐 수 있을까요? 만약에 이런 일이 가능하다면 님부스 2000이 어떤 원리로 하늘을 나는 것일까요? 지금부터 그 비밀을 탐구해 보겠습니다.
*님부스 : 님부스는 신이나 성자들의 머리뒤에서 빛나는 후광. 또 미국에서 1964년에 만들어 지구 궤도에 올린 최초의 기상위성 위성이름이기도 하다.
작품 소개
『해리포터와 마법사의 돌』은 영국의 소설가 조앤 롤링이 지은 책이에요. 주인공 해리포터는 부모를 잃고 자신이 마법사라는 사실을 모른 채 친척집 계단 밑벽장 속에서 불쌍한 삶을 살아요. 하지만 결국 위대한 마법사가 되어 친구들과 함께 마법 세계를 구하고 영웅이 돼요. 『해리포터』 시리즈는 전세계적으로 1억 권이 넘게 팔렸고, 영화로도 제작돼 큰 인기를 끌었어요.
날아다니는 빗자루의 비밀은‘ 반중력’
보통 하늘을 날 때는 지구의 중력을 이기는 힘을 내기 위한 장치가 필요해요. 헬리콥터의 회전날개나 로켓 엔진처럼요. 하지만 하늘을 나는 빗자루 님부스 2000에는 하늘을 날게 하는 장치가 하나도 보이지 않아요. 마당을 쓰는 평범한 빗자루와 똑같이 생겼지요.
그럼 님부스 2000은 어떻게 하늘을 나는 걸까요? 과학적으로 설명할 수 있는 유일한 방법은 ‘반중력’을 이용하는 거예요. 반중력은 말 그대로 중력의 반대 힘을 말해요. 지구에 사는 우리는 언제, 어디서나 지구 중심 쪽으로 향하는 힘인 중력의 영향을 받으며 살아가요. 중력은 질량을 가진 모든 물체가 가지고 있는 힘으로, 다른 물체를 끌어당기는 힘이에요. 보통 큰 물체인 지구만 중력이 있다고 생각하기 쉽지만, 사실은 모든 물체가 중력을 가지고 있어요. 다만 질량이 큰 물체의 중력 이 훨씬 더 커서 작은 중력을 느끼지 못하는 것뿐이지요.
특히 지구나 태양, 달과 같이 질량이 아주 큰 천체들은 강력한 중력을 발휘해요. 지구에서 아주 멀리 떨어진 곳에 있는 달이 지구의 바닷물을 움직여 밀물과 썰물을 만드는 것도 달의 중력이 강하기 때문에 일어나는 현상이지요. 이렇게 중력은 천체 사이의 움직임에 영향을 미치는 힘이기 때문에 중력이 없다면 우주는 엉망진창이 될 거예요. 어쩌면 우주가 시작되지 못했을지도 몰라요.
반중력은 이런 중력과 반대되는 힘이에요. 중력과 크기는 같지만 방향이 반대지요. 그러나 학교에서 배우는 뉴턴의 ‘만유인력 법칙’대로라면, 실제로 주위에서 반중력을 볼 수는 없어요. 반중력이 생기려면 질량이 음(-)의 값을 가져야 하는데, 아직 인류는 그런 물체를 발견하지 못했거든요.
우주로 날아가 버리는 반중력 빗자루~!
그러나 어떤 과학자들은 질량이 음의 값인 물질이 우주 어디엔가 있을 거라고 믿고 있어요. 거기에는 나름대로 이유가 있어요. 우리가 알고 있는 전기력이나 자기력은 두 가지 힘으로 이뤄져 있어요. 하나는 서로 다른 극 사이에 작용하여 끌어당기는 힘인 ‘인력’이고, 또 하나는 서로 같은 극끼리 서로 밀어 내는 힘인 ‘척력’이에요. 이렇게 전기력과 자기력에 인력과 척력이 함께 있듯, 중력에도 밀어 내는 힘인 반중력이 있을 거라고 생각하는 거지요. 이 과학자들은 아직 인간의 과학이 덜 발달해 반중력을 발견하지 못했지만, 먼 훗날에는 발견하게 될 거라고 믿는답니다.
그럼 해리포터가 탄 마법의 빗자루가 반중력 물질로 되어 있기만 하다면, 영화처럼 신나게 하늘을 날 수 있을까요? 그건 아니에요. 님부스 2000이 반중력을 갖는 순간, 님부스 2000과 그 위에 올라탄 해리포터는 지구를 벗어나 먼 우주로 날아가 버릴 테니까요. 왜냐하면 님부스 2000의 반중력 물질이 중력의 영향은 받지 않고, 중력의 반대 방향으로 미는 힘, 즉 반중력만 받기 때문이에요.
따라서 영화 속에서처럼 님부스 2000을 자유롭게 다루려면 다시 반중력과 반대되는 방향, 즉 지구 쪽으로 당겨 주는 힘인 중력이 필요해요. 중력을 이기기 위해 반중력이라는 힘을 생각했는데, 다시 반중력을 이기기 위해 중력이 필요하다니 뭔가 문제가 있지요? 아무래도 빗자루를 타고 하늘을 날긴 어렵겠다는 생각이 드네요.
▲ 실제로 지구의 중력을 이기고 하늘을 날기 위해서는 중력과 반대 방향으로 밀어 주는 힘이 필요하다. 화학 연료를 태워서 추진력을 만드는 로켓 엔진(왼쪽)이 대표적인 예다. 또한 태양에서 나오는 태양풍을 돛처럼 생긴 막으로 받아 비행하는 상상 속의 우주선(오른쪽)처럼, 미래에는 반중력을 이용해 하늘이나 우주를 나는 우주선이 탄생할지도 모른다.
