동네 산책을 즐기시던 섭섭박사님이 걸음을 멈췄어요. 벤치에 아무렇게나 놓여 있는 빈 음료수 깡통들이 눈에 들어왔기 때문이죠. 결국 섭섭박사님은 산책을 멈추고 빈 깡통들을 한가득 든 채 집으로 돌아왔답니다. 그리고는 가져온 깡통들을 어떻게 처리할지 고민을 시작했지요. 잠시 후, 섭섭박사님이 무릎을 탁 치며 외쳤답니다.
“이걸로 깡통 로봇을 만들어 볼까?”
● 어떻게 된 걸까?
→결과 : 깡통 벌레 로봇이 진동을 하며 이리저리 움직인다.
전류가 흐르고 있는 전선을 자기장 속에 넣으면 전선이 물리적인 힘을 받아요. 이 힘을 ‘로렌츠 힘’이라고 부르지요. 모터는 로렌츠 힘을 이용해 전기 에너지를 회전 운동으로 바꾸는 도구랍니다. 모터를 분해해서 안을 살펴보면 자석과 함께 전선으로 만든 코일이 들어 있는 것을 볼 수 있지요.
이때 모터에서 회전축의 무게중심이 맞지 않으면 모터가 부드럽게 돌지 못하고 덜덜 떨며 진동이 생겨요. 위 실험에서 클립을 일부러 비대칭으로 붙이는 것도 이 진동을 만들기 위함이랍니다. 모터의 진동은 로봇의 다리로 전달되고, 진동으로 인해 벌레 로봇이 움직이지요. 이때 로봇은 다리가 짧은 방향으로 움직인답니다.
작동 중인 컴퓨터, 냉장고에 가만히 손을 올려 볼까요? 미세한 진동을 느낄 수 있을 거예요. 어떤 기계든지 완전히 매끄럽게 움직일 수는 없기 때문에 대부분의 기계 장치들은 이처럼 진동을 만들어낸답니다.
이런 진동은 자동차나 배, 비행기처럼 탈것을 탔을 때 확실히 느낄 수 있어요. 탈것은 크기가 큰 만큼 진동도 커요. 하지만 진동이 크면 승객이 불편을 느끼기 때문에 진동은 최대한 잡아야 하는 숙제로 여겨져요.
그런데 진동을 잡아야 하는 이유가 불편함 때문만은 아니에요. 최근 호주의 왕립멜버른공과대학교 연구팀은 자동차의 진동이 졸음 운전을 불러일으킨다는 연구 결과를 발표했답니다. 연구팀은 가상현실을 이용해 운전을 하는 환경을 꾸미고, 진동이 없을 때와 있을 때의 졸음 상태를 체크했어요. 이때 진동수는 차에서 발생하는 것과 비슷한 4~7Hz(헤르츠. 1초 동안 진동하는 횟수를 가리키는 단위)였지요. 그 결과, 진동이 있는 상태의 운전자들은 더 쉽게 졸음을 느꼈답니다.
진동은 선박에서도 골칫거리예요. 선박들은 주로 프로펠러를 사용하는데, 프로펠러가 돌아가면서 생기는 진동이 선박의 속도를 떨어뜨려 연료의 효율을 낮추는 거지요. 이에 빨아들인 물을 강하게 분사하는 ‘제트 추진기’나, 자기장과 전류로 물의 흐름을 조절하는 ‘전자기 추진기’ 등으로 프로펠러를 대체하려는 노력이 이어지고 있답니다.
● 어떻게 된 걸까?
→결과 : 깡통이 ‘퍽’ 소리를 내며 순식간에 찌그러진다.
빈 깡통에 물을 조금 담은 뒤 가열을 하면 깡통 속의 물이 수증기로 변하기 시작해요. 시간이 지나면서 깡통 속의 수증기는 점점 늘어나고, 원래 깡통 속에 있던 공기들은 밖으로 밀려나지요.
이윽고 물이 끓기 시작하면 깡통의 대부분은 수증기로 가득 찬 상태가 돼요. 이때 깡통을 뒤집은 뒤 찬물 속에 담그면 순식간에 깡통 속 수증기의 온도가 내려가면서 다시 물로 변하지요. 그런데 물은 수증기에 비해 부피가 1/1000 정도밖에 되지 않아요. 이렇게 부피가 갑자기 작아지면 깡통 내부의 압력이 급격하게 낮아지지요. 그 결과, 상대적으로 압력이 큰 외부 공기가 깡통을 찌그러뜨리는 거랍니다.
