[지식의 창] 옛 선조부터 이어진 ‘다리’에 숨겨진 과학적 원리

[시선뉴스]

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보행자, 자동차, 철도교통의 통로로 사용되는 ‘다리’. 이 다리는 인류의 역사와 함께 발전해왔습니다. 더 길고 안전한 다리를 만들기 위해 수학이나 과학이 이용되고 있는 사실 알고 계셨나요? 다리는 중력에 버틸 수 있도록 만들어졌는데 처음에는 작은 개울을 지나기 위해 만들었던 다리가 이제는 섬과 섬까지 연결해주는 다리까지 진화하게 되었습니다. 그럼 이 다리의 역사와 함께 숨겨진 과학적 원리를 한번 알아볼까요?

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우리 선조들은 계곡에 돌을 놓고 위에 통나무를 걸쳐 놓거나 칡넝쿨을 얽어맸습니다. 나무로 만든 다리는 길고 만들기 쉬운 장점이 있지만 수명이 짧다는 단점이 있는데요. 그래서 현재 남아있는 옛 다리들도 나무보다는 돌이 많죠. 그래서 중요한 길목에는 꼭 돌을 놓았으며 세계적으로 남아있는 다리의 유적들도 대부분 돌다리입니다.

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우리나라의 돌다리. 물과 맞닿는 기둥 아래의 받침돌은 물이 흐르는 방향에 맞춰 놓았습니다. 여기서 우리 선조의 지혜를 엿볼 수 있는데, 물의 압력을 덜 받게 하기 위해 받침돌을 마름모 모양으로 돌려세우거나 받침돌 앞에 삼각형이나 반원 모양으로 다듬은 돌을 놓기도 했죠.

그런데 기둥 위에 돌판을 얹은 다리는 기둥을 높게 세우기 힘들기 때문에 물이 깊거나 넓은 계곡에는 짓기 어렵습니다. 그래서 더욱더 튼튼한 아치교의 형태가 나오게 되죠. 하중을 돌 사이의 압축력으로 견디는 원리로, 마지막에 끼우는 종석이 아치 작용의 중요한 역할을 하게 됩니다. 아치교는 안정적일 뿐 아니라 보기에도 아름답지만, 다리의 폭을 넓히려면 높이도 함께 높아지는 문제가 있었죠.

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그렇게 발전을 거듭하면서 우리 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 거더교를 볼 수 있게 되었습니다. 거더교는 수평으로 놓인 보를 수직으로 세운 기둥이 받치는 간단한 구조이기 때문에 안정적이면서도 빠르게 만들 수 있는 장점이 있는데요. 도시에 있는 고가 도로나 육교도 대부분 거더교에 속하는데 과거 다리를 만들 때부터 거더교는 가장 기본적인 다리 형태였습니다.

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높은 산에 가면 산봉우리와 봉우리를 잇는 현수교를 볼 수 있습니다. 양쪽 기둥 사이를 이은 줄에 매달려 있어 바람이 불면 흔들리기도 하죠. 같은 높이의 두 곳 사이에 줄을 늘어뜨렸을 때 생기는 곡선을 현수선이라고 하는데 수학에서 삼각함수 곡선으로 나타낼 수 있습니다. 굵은 줄에 다리의 보를 매달아 만드는데 보의 무게 때문에 현수선이 아래로 당겨지면 이차함수 곡선으로 나타내는 포물선에 가까워집니다. 다리 종류 중에서도 기둥 사이의 거리를 가장 넓게 만들 수 있다는 장점 때문에 긴 다리가 필요한 곳에 많이 쓰이고 있습니다.

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한편 다리에 줄은 많지만 현수선과 같은 곡선이 보이지 않는 사장교가 있습니다. 비스듬한 줄로 매달았다는 뜻에서 사장교라 부르며 밑에서 보를 받치는 기둥을 세우기 힘든 곳에 다리를 짓기 위해 개발된 형식입니다. 다 같은 다리인줄 알았는데, 종류와 시대에 따라 과학적인 원리가 다 있었다는 것. 이제 다리를 볼 때마다 그 구조에 더 궁금증이 생길 것 같습니다.

제작진 소개
책임프로듀서 : 한성현 / 구성 : 박진아 / CG : 이연선 /  연출 : 홍지수