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속도(혹은 속력)는 단위 시간당 얼마나 움직이는가를 나타내는 물리용어로 누구나 이해하고 있는 단순한 개념이다. 조금만 주변을 살펴보면 속도가 지닌 매력을 느낄 수 있다. 사람, 자동차, 비행기를 통해 속도에 숨어 있는 매력을 살펴보자.

세계에서 가장 빠른 사람
 

일반적으로 사람이 1백m를 달렸을 때 평균속력이 가장 빠를 것이라고 생각한다. 하지만 사실은 그렇지 않다. 1996년도 애틀랜타 올림픽 육상경기에서 금메달을 딴 사람들의 기록을 보면 2백m 경주의 속력이 가장 빠르다. 왜그럴까. 사람의 속력 그래프는 (그림1)과 같다. 1백m 경주에서는 최고속도로 달리는 시간이 짧다. 그러므로 1백m 선수는 충분하게 실력발휘를 못한다. 한편 사람이 전속력으로 달릴 때는 호흡에 의해 얻어진 산소만으로는 충분한 에너지를 얻지 못한다. 그래서 근육에 저장된 산소를 쓰는데, 이 산소의 양이 한정돼 있다. 중장거리 선수들이 오래동안 최고속도를 내지 못하는 이유는 여기에 있다. 따라서 이론적으로 평균속력이 가장 빠른 구간은 2백m이다. 그러므로 세계에서 가장 빠른 선수는 2백m선수라고 할 수 있다.
 

올림픽 기록 어떻게 재나

1988년 서울올림픽 수영평행 1백m 결승전, 영국의 애드리언 무어하우스는 헝가리의 칼롤리 구틀러를 1백분의 1초 차이로 따돌렸다. 그때의 거리차는 16mm에 불과했다. 따라서 수영이나 육상과 같은 기록경기에서는 아주 정밀한 측정이 필요하다. 어떤 방법을 쓸까.

인간의 눈으로 측정하는데는 한계가 있다. 1980년대부터 도입된 컴퓨터 계시기는 인간의 오차를 최대한 배제할 수 있다. 출발신호를 피스톤과 시계, 그리고 확성기가 한케이블에 연결돼 있어 선수의 부정 출발을 감시한다. 수영의 경우 수영장 끝의 수면 바로 아래에 감지판이 달려있어 정확한 기록을 잰다. 육상의 경우 선수가 결승선을 통과할 때, 카메라가 1천분의 1초까지 정확히 잴 수 없는 컴퓨터 계시기로 선수들을 촬영한다.

택시운행의 블랙박스 - 타코미터

우리나라의 버스나 택시에는 타코미터가 달려있다. 이것으로 무엇을 알아낼 수 있을까.

타코미터에는 시간과 속력이 나타난다. 따라서 총알처럼 달려 규정속도를 어기지는 않았는지, 차가 막혀 경제적인 속도를 내지 못했는 지를 알 수 있다. 또 국도를 달렸는지, 고속도로를 달렸는지, 주택가를 달렸는지를 모두 알아낼 수 있다. 타코미터 때문에 택시의 불법운행은 숨길 수 없다.

자동차의 안전거리는 얼마?

중부고속도로에서 허용된 최고 주행속력는 1백10km/시, 그밖의 고속도로에서는 1백km/시다. 이때 차들은 갑자기 앞에 장애물이 나타날 것을 대비해 얼마의 안전거리를 두고 운행해야 할까.

운전자가 장애물을 발견하고 브레이크를 밟는 짧은 순간에도 차는 앞으로 나간다. 이를 공주거리라고 하는데, 속력이 2배나 되면 공주거리는 4배가 된다. 브레이크를 밟은 후에도 차는 관성에 의해 앞으로 밀려나간다. 이를 제동거리라고 하는데, 속력이 2배가 되면 제동거리는 4배가 된다. 결국 정지거리는 공주거리와 제동거리와 합이 된다. 1백10km/시로 달릴 때 정지거리는 약 1백m에 이른다. 만약 도로가 젖거나 얼게 되면 제동거리가 훨씬 길어지므로 더많은 안전거리를 확보해야 한다.

시간을 멈추게 한다

아침 10시에 서울 김포공항에서 이륙한 비행기가 같은날 아침 10시에 런던 히드로 국제공항에 착률할 수 있을까.

런던의 시계는 서울에 비해 9시간이 늦다. 태양이 동쪽에서 뜨기 때문에, 즉 지구가 동쪽으로 자전하기 때문이다. 만약 서울을 출발한 비행기가 9시간만에 런던에 도착할 수 있다면 런던에 도착해서 본 시계는 서울에서 본 시계와 같은 시각을 나타낼 것이다. 서울과 런던 사이의 거리는 대략 1만1천km이므로 비행기가 1천2배가km/시의 속력으로 날아간다면 가능한 일이다. 보통 여객기의 속력은 9백-1천km/시이고, 콩코드 여객기의 속력은 약 2천5백km/시(마하2)이므로 시간은 오히려 거꾸로 흐를 수도 있다.

비행기 여행의 비밀

M82 여객기를 타고 서울에서 마카오로 가려면 약 4시간 5분이 걸린다. 그러나 마카오에서 서울로 돌아오는 시간은 약 3시간 10분으로 55분이 적게 걸린다. 이처럼 똑같은 두 도시를 여행하는데 비행시간이 차이가 나는 이유는 무엇일까.

우리나라와 동남아 지방 사이에는 연중 동남아지방에서 우리나라쪽으로 남서풍이 불고 있다. 이를 관서풍이라고 하는데 여름철에는 계절풍의 영향이 합쳐져서 이 바람의 세기는 더욱 강해진다. 따라서 마카오에서 서울을 올 때에는 바람이 도와 시간이 적게 걸린다. 그러므로 서울에서 마카오로 가려면 바람이 방해가 된다.

좁은 항공모함서 비행기가 뜨는 까닭

항공모함에서 전투기가 뜨고 내리는 것을 자주 본다. 활주로가 짧은데 어떻게 전투기가 뜰 수 있을까.

항공모함의 활주로는 45m. 이안에서 전투기의 속력은 250km/시에 도달해야 한다. 그래서 우선 엔진을 시동시켜 출력을 최대한 높일 때까지 전투기가 출발하지 못 하도록 고리로 묶어놓는다. 그 다음 항공모함의 보일러에서 만들어진 증기로 작동하는 사출기로 전투기를 쏘아올리면 엔진의 힘과 증기의 압력이 합쳐져서 고리를 깨고 앞으로 돌진한다. 이렇게 해서 전투기는 짧은 활주로 안에서 순식간에 이륙할 수 있는 속도를 얻는다.

착률할 때는 전투기에 로프를 걸어 멈추게 한다. 비행기 꼬리에 달린 고리가 갑판을 가로지른 4게의 철선중 하나에 걸리면 된다. 이때문에 매우 짧은 거리에서도 착륙할 수 있다. 그래서 2백50km/시로 착륙할 경우 정지거리는 90-1백35m 정도밖에 되지 않는다.