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세상 곳곳에는 널따란 강과 바다를 가로지르는 튼튼한 다리가 있지요.
이 다리를 자세히 관찰해본 적이 있나요? 잘 살펴보면 원, 삼각형, 사각형에 마름모꼴까지 찾아볼 수 있답니다! 그런데 어떤 다리는 둥글기만 하고,
또 어떤 다리는 이곳저곳이 뾰족하기도 해요. 어라? 그냥 일자로 쭉 만들면 안 되나? 왜 다리는 서로 다른 모양을 한 거죠?

무지개, 자른 수박, 반원? 내 이름은 ‘아치’

아치(arch)는 재료를 곡선으로 쌓아 올린 건축 형태예요. 그 모습이 무지개를 닮았다고 해서 무지개다리(홍예교)라고도 불러요.

아치의 원리는 토끼굴이나 터널이 무너지지 않는 것과 같은 원리예요. 땅과 수평하게 놓인 일자형 보에는 하중이 수직으로 작용해서 기둥 사이의 보가 휘어지기 쉬워요. 하지만 아치는 하중의 방향을 양옆으로 바꿔, 아치를 타고 내려온 무게와 힘이 땅으로 퍼지게 되지요.

아치교는 아치의 위치에 따라 ‘상로 아치’와 ‘하로 아치’로 나뉘어요. 상로 아치는 아치가 다리를 떠받치는 모습이에요. 아치 위에 길이 있지요. 상로 아치는 하중이 짓누르는 힘인 ‘압축력’이 크게 작용해요. 그래서 압축을 잘 견디는 재료인 콘크리트를 쓰지요. 콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈 따위를 갈아서 물에 섞은 재료예요.

하로 아치는 아치 아래에 길을 매단 구조예요. 아치와 다리가 서로를 끌어당기는 힘인 ‘인장력’이 커요. 따라서 콘크리트 대신 인장력을 잘 견디는 단단한 철을 쓴답니다.

아치도 여러 가지 모양!

보통 다리나 건물을 지을 때는 반원 모양의 원형 아치가 가장 많이 쓰여요. 하중을 고루 퍼뜨리는 장점이 있지요. 그러나 강이나 바다를 건널 만큼 기다란 다리를 지을 때는 편평한 아치가 필요하기도 해요. 다리 전체의 높이를 낮춰서 안정적으로 만들어야 하기 때문이지요. 아치교에는 원형 아치뿐만 아니라 타원형, 포물선형, 쌍곡선형 등 다양한 아치가 쓰여요.

원은 원뿔의 밑면과 평행^★하게 잘랐을 때 나타나요. 타원은 밑면과 평행하지 않게 비스듬한 각도로, 동그란 모양을 유지하여 자르면 생겨요. 또 포물선은 원뿔의 비스듬한 면과 나란하게 잘랐을 때 생기는 곡선이에요. 쌍곡선은 원뿔 위에 뒤집어진 원뿔이 맞닿아 있다고 생각했을 때, 두 원뿔을 하나의 칼로 동시에 자르면 생기는 곡선이지요.

용어설명

평행^★ 두 직선 또는 두 면이 나란히 있어서 서로 만나지 않는 상태예요.