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식사를 마친 섭섭박사님이 식탁 위에 놓인 이쑤시개 통을 발견하곤 하나를 뽑아 들었어요. 잇새를 쑤시려나 했는데, 이쑤시개는 균형 잡기의 달인(?)이라며 갑자기 컵과 숟가락을 가져왔지요. 섭섭박사님은 대체 무얼 보여주시려는 걸까요?

왜 이런 일이?

→결과 : 이쑤시개 한쪽 끝이 사라져도 균형이 유지된다.

숟가락과 포크가 매달려 있는 비결은 바로 ‘무게중심’입니다. 무게중심은 물체의 전체 질량이 마치 한 점에 있는 듯한 지점이에요. 물체의 종류에 관계없이 무게중심에 실을 매달면, 물체가 평평하게 균형을 이루죠. 맞물린 숟가락과 포크에 이쑤시개를 끼우면 이들은 마치 한 물체처럼 행동해요. 이들이 컵과 무게중심이 맞도록 이쑤시개를 조심스레 컵 모서리 위에 올리면 아슬아슬하게 기울어지지 않고 수평을 유지할 수 있습니다.

그렇다면 이쑤시개 한쪽이 타버리고 나서도 균형이 유지된 이유는 무엇일까요? 이쑤시개의 질량은 숟가락과 포크에 비해 아주 작아요. 그래서 이쑤시개 절반이 타버리더라도, 전체의 무게중심은 거의 이동하지 않아 균형을 유지할 수 있답니다.

칠레의 이스터섬에는 6백여 개의 거대 석상들이 있습니다. 바로 모아이 석상입니다. 모아이 석상은 1250년에서 1500년 사이 라파누이족이 바위로 만든 조각상이에요. 최대 80t(톤)까지 나가는 엄청난 무게의 석상을 라파누이족은 기계의 도움 없이 어떻게 옮겼던 걸까요? 지난해 홍콩과학기술대학교 기계항공공학과 서정원 교수팀은 드론으로 실험해 본 결과 석상이 좌우로 뒤뚱거리는 방식으로 옮겨졌을 거라고 밝혔습니다.

연구팀은 모아이 석상처럼 무게중심이 아래에 위치한 물체를 옮기는 실험을 하기 위해 철사와 드론, 로봇 등을 활용했어요. 먼저 철사로 밑이 둥글고 넓은 구조를 만들고 그 위로 기둥을 세워 철사 구조물의 무게중심이 아래로 향하게 했죠. 마치 아래가 윗부분보다 더 무거운 모아이 석상처럼 말이에요.

연구팀은 이후 철사 기둥과 줄을 연결하고 두 개의 드론으로 철사를 당기며 어떻게 이동하는지 관찰했어요. 그 결과, 철사 모형은 오리걸음처럼 좌우로 왔다갔다하며 앞으로 나아갔습니다. 연구팀은 철사 모형을 바닥에 놓고 로봇 팔을 이용해 당겨 보거나 기울기를 주는 등 다양한 방법으로 철사 모형을 끌어봤어요. 철사 모형을 들어서 옮길 때와는 다르게, 땅에 붙인 채로 옮기면 지면과 접촉하는 부분 때문에 철사 모형이 좌우로 흔들리며 이동했죠. 그 덕분에 연구팀은 물체를 들어 옮길 때 드는 힘의 20% 정도만 쓰고도 물체를 옮길 수 있다는 걸 확인했습니다.

서정원 교수는 “이 방법을 이용해 드론이나 로봇 등으로 무게중심이 아래에 있는 물체를 옮기면, 훨씬 적은 에너지로도 큰 효율을 낼 수 있을 것”이라고 밝혔어요.

왜 이런 일이?

→결과 : 이쑤시개의 꺾인 부분이 조금씩 펴지며 별 모양이 완성된다.

이쑤시개가 부러진 부분 끝에 물을 살짝 떨어뜨리면 흡수된 물은 점차 다른 부분까지 퍼져요. 이렇게 물이 흡수되어 퍼지는 것은 ‘모세관 현상’ 때문입니다. 모세관 현상은 물이 아주 얇은 관을 따라 점점 타고 올라오는 현상이에요. 식물 내부에는 모세관처럼 얇은 관인 ‘체관’이 있어 물을 순환시켜요. 체관은 모세관 현상을 이용해 한쪽에 있던 물을 다른 곳까지 끌어당기죠.

나무는 가늘고 긴 실 같은 ‘섬유’ 조직으로 이루어져 있어요. 섬유는 평소 수분을 많이 머금고 있는데, 나무를 잘라서 이쑤시개를 만들면 섬유 속 수분이 날아가버려요. 그래서 이쑤시개 속 섬유에는 수분이 거의 없지요. 이때 부러진 부분에 물을 떨어뜨리면 마른 섬유질이 물을 흡수하고, 물은 모세관 현상으로 인해 퍼져나가요. 그 결과 마른 섬유가 팽창하며 꺾인 부분이 펴지고, 별이 만들어지는 거예요.