너희의 말을 들으니까, 시계가 정말 대단한 일을 하고 있구나. 진짜 피곤하겠다. 그동안 모른 척했던거 진심으로 사과할게. 아 참! 그런데 수정아, 너희가 발명되기 전에는 어떤 재료를 이용해서 시계를 만들었어?
내가 발명되기 전까지는 톱니바퀴나 진자를 이용해 시계를 만들었어. 난 지금도 톱니바퀴를 사용해. 톱니바퀴를 사용하다 보니 세슘이를 이길 수가없어. 톱니바퀴는 쉼 없이 계속 움직여야 하니까, 톱니 부분이 닳아 오차가 생겨 정확도가 떨어지거든. 자동차도 정기적으로 바퀴를 새로 교체해 줘야 하잖아. 나도 쉬지 않고 밤낮으로 톱니바퀴를 움직여야 하니 스프링이 풀리거나 기어가 닳거든.
보통 수정시계에는 그림과 같은 톱니바퀴가 들어가. 톱니는 서로 맞물려 돌아가니 톱니 수에 비례해 회전수가 정해지는 거야.
여기서 만약 톱니 수의 비가 3 : 2라면 톱니바퀴의 회전수는 2 : 3이되는 거야. 알아두면 시계를 이해하는 데 도움이 될 거야.
요즘 사용하는 시계는 예전보다 부품의 크기는 많이 줄어들어 움직임이 작아져 톱니바퀴가 뭉툭해지는 정도도 아주 적어졌지. 물론 오차도 줄어들었고.
시곗바늘 대신 숫자로 시간을 표시하는 디지털시계도 많이 쓰이지? 클락. 네 손목에도 있는 그 시계 말이야. 수정의 진동수를 문자로 표시하도록 전기 회로를 구성해 만든 거지.
아~. 연구실 벽시계가 조금씩 느려지는 데는 이유가 있었구나. 내가 얼마 전에 공부하면서 알게 된 사실인데, 세슘이와 수정이가 시계로 탄생하기까지 진자시계 아저씨의 역할이 컸다고 하던데? 진자시계 아저씨는 진자로 너희처럼 진동수를 직접 세는 일을 하셨다나 봐.
뭐? 내가 진자 형님이 하던 일을 이어받은 거라고? 무슨 소리야. 내가 수정이를 제치고 세계에서 가장 정확한 시계로 우뚝 섰는데, 고작 진자 형님의 그림자를 밟은 거라니. 이건 말도 안되는 이야기야!
으악~. 깜짝이야. 형님. 오셨으면 인기척이라도 하시지. 세슘 떨어질 뻔했네. 형님, 제가 형님 하시던 일을 그대로 이어받은 겁니까? 그럴 리가 있나요, 형님은 300년도 전의 시계신데….
이놈아, 원래 세계 최고가 되려면 다 뒤에서 노력한 사람들이 있는 법이야. 영웅은 하늘에서 뚝 떨어지지 않아. 분명 이유가 있지. 다들 네가 최고라고 하지만 나도 왕년에는 최고 스타였다고. 아주 사람들이 난리를 떨었지. 특히 우리 주인님의 뛰어난 수학실력 덕분이라고 해도 과언이 아니지.
아…, 혹시 네덜란드의 수학자 크리스티안 하위헌스 아니예요? 일생 동안 수학과 물리학 분야에 업적을 많이 남기신 분이잖아요. 가장 잘 알려진 업적이 진자시계 연구라고 배웠어요. 당시 많은 과학자가 진자 운동에 대해 관심을 가졌지만, 수학 분야에 접목시킨 분은 처음이라고요.
하지만 단순한 진자는 주기가 진자의 폭에 따라 조금씩 달라지기 때문에 이 사실도 무시할 수 없었지. 진폭이 큰 진자를 많이 사용하던 초기 진자시계는 오차가 컸거든. 진폭이 클수록 주변 환경의 영향을 많이 받기 때문이야. 가장 잘 아는 영향으로는 중력이 있어. 진공상태에서는 진자가 끝없이 운동하지만 시계는 진공상태에서 작동할 수 없으니 당연히 진자 운동 때문에 시간의 오차가 생길 수밖에. 반면에 진폭이 작은 진자운동의 곡선은 거의 직선과 같아서, 오차를 줄일 수 있었던 거지. 주변의 영향도 덜 받고 말이야.
그래서 주인님은 진폭과는 상관없이 정확한 주기를 갖는 진자를 연구했는데, 그 연구결과 진자시계의 운동곡선이 *사이클로이드 곡선과 같은 모양이라는 사실을 알아냈어. 진자가 사이클로이드를 따라 움직일수록 오차가 작아졌거든. 결국 오차를 15초이내로 줄이는 데 성공했지.
아날로그 방식은 전압이나 전류처럼 연속적으로 변하는 시간과 양을 나타내는 것을 말한다. 아날로그시계에는 해시계, 클렙시드라(물시계) 등이 있다. 디지털시계는 시곗바늘의 연속적인 움직임으로 시각을 나타내는 것이 아니라 시·분·초로 단위를 나눠 불연속적으로 나타내는 것을 말한다.
Tip 크리스티안 하위헌스
1629년 4월 14일 네덜란드의 수도 헤이그에서 태어났다. 그는 수학자인 동시에 천문학자, 물리학자, 시계학자이기도 했다.
*사이클로이드 곡선
두 지점 사이를 가장 빠르게 움직일수 있는 곡선이다. 보통 곡선은 직선보다 길이가 더 길다. 하지만 사이클로이드 곡선은 직선보다 기울기가 가파르기 때문에 두 점을 잇는 직선보다 빠르게 움직일 수 있다.
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Part 1-2.대한민국 시계, 세계에 우뚝 서다!
Part 2-1. 째깍째깍, 수학으로 가는 시계
Part 2-2. 지금의 시계가 있기까지
Part 3-1. 도전! 나만의 시계 만들기
Part 3-2. 특명, 시계를 지구로 모두 소환하라!
