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내가 워터파크에서 가장 좋아하는 기구는 미끄럼틀이야. 미끄럼틀을 타면 밖으로 튕겨 나갈 듯한 느낌이 들지만, 실제로 바깥으로 날아가진 않지. 그 속에 숨은 원리는 뭘까?

 

 

워터슬라이드는 물이 흐르는 미끄럼틀을 타고 내려오는 놀이 기구예요. 쭉 뻗은 일직선이거나 구불구불한 모양이지요. 워터슬라이드에선 마찰력의 원리를 찾을 수 있어요. 마찰력은 접촉한 두 물체의 운동을 방해하는 힘입니다. 물체가 운동할 때 나아가려는 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘이지요. 접촉하는 표면이 거칠고, 뻑뻑할수록 마찰력이 커져요. 그래서 물체가 미끄러지려면 마찰력을 이겨내야 합니다. 인하대학교 물리학과 이재우 교수는 “물이 워터슬라이드와 인체 사이에 윤활유처럼 작용해 마찰력을 줄인다”고 말했습니다. 워터 슬라이드 출발 직전 양손을 가슴에 모으고 다리를 꼬는 것 역시 접촉 면적을 줄임으로써 마찰력을 감소시키기 위함이지요. 

 

그런데 워터슬라이드 단면은 왜 하필 동그란 모양일까요? 우리는 높은 곳에서 낮은 곳으로 빠르게 내려올 때 공기의 방해를 받아요. 이를 공기의 저항이라고도 하지요. 이때 워터슬라이드를 단면을 동그랗게 만들면 다른 모양보다 공기, 물과 닿는 면적이 적어져서 공기의 저항을 줄일 수 있습니다. 즉, 둥근 모양을 통해 빠른 속도로 내려갈 수 있는 거지요. 

 

 

구불구불한 워터슬라이드에서 곡선 구간을 빠르게 내려올 때, 몸이 바깥으로 날아갈 것 같은 느낌을 받은 적 있을 거예요. 이 느낌을 이해하기 위해서는 원운동을 알아야 해요. 워터슬라이드를 타고 내려올 때, 튜브 전체는 원을 그리며 도는 원운동을 합니다. 원운동에서는 원의 중심으로부터 멀어지려는 힘인 원심력이 발생하지요. 한양대학교 응용물리학과 허지혁 조교수는 “원심력이 작용하기 때문에 날아갈 것 같은 느낌이 들게 되는 것”이라고 설명했어요.

 

워터슬라이드를 타면 바깥으로 날아갈 것 같은 느낌은 들지만, 실제로 바깥으로 날아가지는 않아요. 튜브와 나 사이의 마찰력, 내가 튜브 손잡이를 잡는 힘, 중력 등의 힘이 원심력을 상쇄시켜 주기 때문입니다. 만약 급커브로 원심력이 크게 작용하면 바깥으로 튕겨 나갈 수도 있을 거예요. 그러나 워터슬라이드는 우리가 감당할 수 있을 만큼의 원심력을 주게끔 설계됐으니 걱정하지 않아도 돼요!