[카드뉴스] 스릴 만점인 놀이기구에 숨겨진 과학적 원리

[시선뉴스 조재휘 / 디자인 김미양] 어린이날이나 주말 또는 특정 공휴일이면 사람들로 북적대는 놀이공원. 볼거리도 많지만 짜릿함을 느낄 수 있는 놀이기구가 많기에 남녀노소 할 것 없이 많은 사람에게 인기를 얻고 있다. 그런데 우리가 소리를 지르면서 타고 있는 놀이기구에 과학적 원리가 숨어 있다고 한다. 과연 어떤 과학적 원리가 적용되어 있을까?

먼저 롤러코스터는 전동 체인에 의해 레일의 정상에 오른 뒤, 체인이 풀리면서 동력의 공급 없이 중력만으로 달리게 된다. 미끄러져 내려오며 속도가 점점 빨라지는 것은 정상에서의 위치에너지가 내려오면서 운동에너지로 바뀌게 되며 운동에너지가 커지기 때문이다. 물체의 위치에너지와 운동에너지는 서로 교환될 수 있으며 그 합은 일정하다는 에너지보존법칙이 적용됨을 알 수 있다.

롤러코스터가 360도 회전을 할 때에도 떨어지지 않는 이유는 원심력 때문이다. 원심력은 회전운동을 하는 물체에 작용하는 힘으로 물체를 떨어뜨리려는 중력과 직각으로 작용을 하기 때문에 중력과 원심력이 같게 되어 360도 회전을 할 때에도 떨어지지 않게 되는 것이다.

다음으로 양쪽으로 왔다 갔다 하는 배 모양의 놀이기구인 바이킹은 물리의 진자 원리를 이용한다. 시계추나 그네처럼 왕복운동을 하며 최고점에서 내려오는 순간 위치에너지를 운동에너지로 바꾼다. 그래서 배가 하강하다 기둥 한가운데를 지날 때 위치에너지는 최소가 되고 운동에너지가 최대가 되면서 바이킹의 속도가 가장 빠르게 되는 것이다.

다음으로 높이 70여m에서 지상으로 수직 낙하하는 자이로드롭은 멈춤 장치에서 와전류 방식의 원리가 적용된 자석의 원리를 이용한다. 쉽게 말해 자석의 같은 극끼리 붙이면 서로 밀어내는 힘이 발생하는 성질을 이용하는 것이다.

자이로드롭이 낙하할 때 의자 뒤에 붙은 자석이 기둥 아랫부분에 부착된 같은 극의 자석을 만나게 된다. 이 두 물체는 지상 25m 정도의 높이에서 만나게 되며 같은 극의 자석에 접근해 반발력을 발생시키면서 중력을 상쇄해 순간적으로 멈추게 되는 것이다.

다음으로 서로 충돌하며 재미를 느끼는 범퍼카가 있다. 범퍼카는 바닥과 천장에 연결된 선이 직류전원 역할을 해 움직인다. 범퍼카를 탈 때 자신이 탄 차가 정지해 있는 다른 차와 충돌하면 정지해 있는 차는 움직이게 되고 자신의 차는 속도가 줄어들게 되는데 그 이유가 작용 반작용의 법칙 때문이다. 그래서 움직이던 두 차가 정면충돌하면 두 차 모두 상대방 차의 충격으로 인한 반작용으로 인해 운동 방향과 속도가 변하게 된다.

그리고 충돌하는 순간 범퍼카를 타고 있는 사람이 앞으로 쏠리는 현상 역시 과학의 관성의 법칙 때문이다. 차가 앞으로 움직일 때는 사람도 같은 움직이고 있는데 충돌 순간 범퍼카의 속도가 줄거나 멈추어도 차를 타고 있던 사람은 계속 앞으로 움직이려는 관성에 의해 몸이 앞으로 쏠리게 되는 것이다.

이렇게 우리가 신나게 즐기던 놀이기구에 숨어있는 과학적 원리. 이제 놀이기구를 탈 때에도 곳곳에 숨어있는 과학의 원리를 발견하는 재미도 함께 느껴보는 것은 어떨까?