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“이야, 날씨 정말 좋다!”
해안가를 거닐던 꿀록 탐정이 외쳤어요. 꿀록 탐정과 개코 조수가 놀러 온 곳은 그리스의 해변! 새파란 바다와 점점이 떠 있는 섬들, 그 위로 펼쳐진 푸른 하늘이 아름답기 그지없었죠. 꿀록 탐정은 꿈결 같은 시간을 보낼 생각에 들떴어요. 누군가 성난 목소리로 외치는 걸 듣기 전까진 말이죠.
“안전장비 없이 하늘을 날려 하다니, 너무 위험한 일이라고!”

동화마을에 무슨 일이?

안전장비 없는 비행은 너무 위험해!

해안가 커다란 작업실에서 남자 두 명이 다투고 있었어요. 작업실 앞에는 비행기 한 대가 서 있었고 벽에는 날개 모형이 매달려 있었죠. 꿀록 탐정을 본 늙은 남자가 자신들의 고민을 들어달라며 말을 시작했어요.

“여행자에게 헤르메스의 가호가 깃들길! 안녕하시오. 나는 아테네의 발명가 다이달로스요. 크레타섬의 미궁 라비린토스, 하늘을 나는 날개도 내 작품이지. 여기는 내 아들 이카로스고.”
“그런데 왜 두 분이 다투고 계셨나요?”

다이달로스와 이카로스는 예전에 크레타섬의 주인인 미노스 왕의 미움을 사 자신이 만든 미궁인 라비린토스에 갇힌 적이 있었어요. 그때 다이달로스는 밀랍으로 깃털을 이어붙여 만든 날개로 하늘을 날아 탈출하는 데 성공했지요. 하지만 이카로스는 날개가 고장 나는 바람에 바다로 추락했어요. 천신만고 끝에 구조되었지만, 정말 아찔한 순간이었죠.

“그 뒤로 노력한 결과 우리는 비행기를 만들었소! 하지만 큰 문제가 남았지. 비행기가 추락할 때를 대비한 안전장치가 없다는 것이오.”

이카로스는 비행기를 타고 하늘 높이 나는 게 꿈인데, 다이달로스는 안전장치를 발명하기 전까지는 비행을 허락할 수 없다는 것이었어요. 그러자 꿀록 탐정이 말했어요.
“공기저항을 이용하면 안전장치를 만들 수 있지 않을까요?”

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개념 이해하기

공기저항을 이용하는 생존 장비, 낙하산

타고 가던 비행기가 추락하는 일촉즉발의 순간! 이럴 때 수 km 아래의 땅으로 안전하게 착지할 수 있게 도와주는 물건이 낙하산입니다.

지구 위의 모든 물체는 지구의 중심 방향으로 끌어당기는 힘인 중력을 받아 바닥으로 떨어집니다. 이때 물체는 질량의 크고 작음에 관계없이 똑같은 가속도로 떨어집니다. 즉 같은 질량을 가졌다면 구슬과 깃털은 동시에 떨어진다는 뜻입니다. 그런데 실제로는 질량이 같은 구슬과 깃털을 떨어뜨리면 구슬이 훨씬 빨리 떨어집니다.

그 이유는 두 물체가 공기저항을 다르게 받기 때문입니다. 떨어지는 물체는 공기 속을 움직이면서 공기 입자를 밀어냅니다. 그 반작용으로 공기 입자는 떨어지는 물체를 떠받치며 밀어올리는 힘을 가하고, 그만큼 물체가 천천히 떨어지게 됩니다. 이때, 물체가 공기와 접촉하는 면이 넓을수록 공기저항을 많이 받습니다. 즉 구슬보다는 공기와 닿는 면이 넓은 깃털이 공기저항을 많이 받아 느리게 떨어지는 것이죠.

낙하산은 이 원리를 이용하여 착용자를 안전하게 떨어지도록 도와줍니다. 넓게 펼친 천으로 공기저항을 늘려 낙하 속도를 줄이는 것이죠. 낙하산의 아이디어는 15세기 르네상스 시대의 이탈리아로 거슬러 올라가지만, 낙하산이 널리 쓰이기 시작한 것은 20세기 중반에 이르러서입니다. 제2차 세계대전 당시 공군 전투기 조종사는 물론 보병, 보급품 등을 공중에서 수송할 때 낙하산이 널리 쓰였죠.

초기의 낙하산은 마치 해파리처럼 생긴 원형 낙하산이었습니다. 현재 원형 낙하산은 대부분 군용으로 쓰이며, 스카이다이빙 같은 레포츠에서는 사각형의 낙하산을 사용하는 경우가 많습니다. 사각형 낙하산은 방향 조종을 하기가 훨씬 쉬워 원하는 곳에 착륙하기 편하기 때문이지요.

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나무에서 낙하산 없이 뛰어내리는 도롱뇽이 있다?

미국 캘리포니아주 서부에는 세계에서 가장 큰 나무 중 하나인 미국삼나무가 자랍니다. 키가 약 100m로 30층 건물보다 높이 자라기도 하죠. 이 나무는 축축한 곳에 사는 양서류인 떠돌이도롱뇽의 집이기도 합니다. 나뭇가지 위를 돌아다니며 개미와 딱정벌레 등의 곤충을 잡아먹지요. 만약 떠돌이도롱뇽이 천적을 마주치면 어떻게 반응할까요? 이 도롱뇽은 나무 아래로 뛰어내립니다. 5월 23일, 미국 사우스플로리다대학교의 크리스천 E. 브라운 박사과정생 연구팀은 떠돌이도롱뇽이 어떻게 나무에서 뛰어내리는지 발표했습니다.

크리스천 브라운 연구원은 미국삼나무 위에 사는 동물을 조사하다가 떠돌이도롱뇽을 채집할 때마다 바닥으로 뛰어내린다는 사실을 관찰했지요. 평균 길이 10cm, 무게 5g의 도롱뇽이 어떻게 30~40m 나무 위에서 안전하게 뛰어내리는 걸까요? 연구팀은 도롱뇽이 높은 곳에서 뛰어내리는 상황을 만들기 위해, 바닥에서 위로 바람을 부는 풍동을 설치했습니다. 이후 떠돌이도롱뇽과 함께 숲 바닥과 낮은 나무 등 다양한 높이에 사는 세 종의 도롱뇽을 풍동에 띄워 관찰했지요.

그 결과, 떠돌이도롱뇽은 공중에서 떨어질 때 매우 안정적인 자세를 취한다는 점이 밝혀졌습니다. 떠돌이도롱뇽은 스카이다이버처럼 사지를 쭉 뻗으며 공기저항을 늘리는 자세를 만들었어요. 몸이 거꾸로 뒤집히면 다시 몸을 뒤집었고, 심지어 꼬리를 위아래 방향으로 흔들며 수평으로 움직이기도 했어요. 나무 위에 사는 다른 도롱뇽도 떨어질 때 비교적 안정적인 자세를 취했지만, 숲 바닥에 사는 도롱뇽은 균형을 잡지 못하고 빙글빙글 돌며 떨어졌죠.

연구팀은 떠돌이도롱뇽이 활공 자세를 취하면 추락속도가 최고 10% 줄어들었다고 밝혔습니다.

나무에서 활공하는 다른 동물인 하늘다람쥐나 날개구리처럼 피막이나 물갈퀴는 없지만, 몸이 편평하고 다리와 발가락이 길어 더 많은 공기저항을 만드는 것으로 분석했지요.

연구팀은 떠돌이도롱뇽이 포식자를 피하기 위해서는 물론, 나무 아래로 쉽게 이동하기 위해서 뛰어내린다고 추측했습니다. 크리스천 브라운 연구원은 “당신이 세상에서 가장 높은 나무를 기어오르는 5g짜리 도롱뇽이라면, 굳이 힘들게 기어서 내려가는 것보다는 뛰어내리는 편이 더 편할 것”이라 밝혔답니다. 

에필로그

“와, 짜릿해! 최고였어!”
이카로스가 헬멧을 벗으며 외쳤어요. 처음으로 낙하산을 테스트하는 날, 엉덩방아를 찧긴 했지만 안전하게 착륙한 거예요. 꿀록 탐정이 흐뭇해하면서 말했습니다.
“축하해요! 이제 안전하게 비행할 수 있겠군요?”
그 말을 들은 이카로스가 꿀록 탐정을 바라보며 물었습니다.
“다 탐정님 덕분이죠! 탐정님도 스카이다이빙 한 번 해보시겠어요?”
이 말을 들은 꿀록 탐정, 갑자기 사색이 된 표정으로 뒷걸음질 치며 말했답니다.
“저, 저요…? 전 고소공포증이 있어서…, 괜찮답니다!” 

개념 퀴즈

같은 질량의 깃털과 구슬이 
다른 속도로 지표면에 떨어지는 이유는 공기저항 때문이다.
(    O   ,    X    )