우주 무중력 같은 물속 부력은 어떤 원리일까?

창의력 쑥쑥 퀴즈

최근 한국 우주인이 선발돼 화제가 되고 있다. 우리가 우주인 훈련을 맡긴 러시아의 가가린 우주인훈련센터에서는 수중 무중력 훈련을 실시한다. 지름 23m, 깊이 12m의 대형 물탱크 속에서 특별히 고안된 우주복을 입고 실제 무중력 상태와 비슷한 상황을 만들어 놓은 채 생활과 연구 작업에 필요한 행동을 훈련한다. 수중에서 생기는 부력을 이용해 중력과 상쇄하도록 해 무중력과 비슷한 환경을 체험할 수 있게 하는 것이다. 물리학자들은 자연의 근본적인 힘이 네 가지라고 정리해 놓고 있다. 원자 수준에서 작용하는 강한 핵력과 약한 핵력이 있고 질량을 가지는 물체 사이에 작용하는 힘인 중력, 전기를 띠는 물체 사이에 작용하는 전자기력이 그것이다. 흔히들 이야기하는 마찰력, 탄성력 같은 힘은 전자기력으로부터 파생된 힘을 현상적으로 표현한 것이다. 그렇다면 우주인의 무중력 상태를 만드는 부력은 어떤 근본 힘과 관계가 있을까? 왜 근본적인 힘을 놔두고 다른 이름을 써서 헷갈리게 할까?

문미옥/이화여대 와이즈거점센터(wise.or.kr) 연구교수

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<지난주 정답>

긴 막대 모양의 소시지를 햇빛으로 굽는다면 빛을 가장 효과적으로 모을 수 있는 곡면을 선택해야 한다. 임의의 방향에서 들어오는 빛을 한 곳에 가장 효과적으로 모을 수 있는 것은 포물선이다. 햇빛이 내리쬐는 방향으로 포물선의 축을 평행하게 놓기만 하면 포물선의 초점에 빛이 모여 좋은 요리기구가 된다. 타원과 쌍곡선은 두 개의 초점을 다 알고 있어야 하고 한쪽 초점으로 빛이 들어오도록 조절해야 하는 어려움이 있다. 햇빛뿐 아니라 파동의 형식을 띠는 물리량에 모두 해당되기 때문에 인공위성방송의 안테나도 포물선 곡선을 갖는 접시 모양으로 만든다. 여기서 한 가지 더. 긴 막대 모양 소시지를 효과적으로 굽기 위해서는 포물선을 사방으로 연결한 접시 모양보다는 한 방향만 포물선이 되게 해 소시지의 길이 방향으로 초점이 늘어 설 수 있도록 하는 것이 훨씬 센스 있는 방법이다.

<정답 그림>