어느 날 갑자기 화살에 대한 궁금증이 생겼다. 백과사전을 뒤지면서 화살에 대한 자료를 모아 보았지만 역시 백과사전이다. 그냥 재미로 만든 책 같다. <그림 : 백과사전에서 찾은 것과 TV에서 본 자료>
현대 기술로 만들어진 활은 사거리가 아주 길다. 700m이면 소총이 1km 날아가는 것과 비교하면 거의 완벽한 무기라는 뜻이 된다. 단지 사격의 정확도가 좀 떨어지는 것이 흠이다. 소총은 보통 500m 유효사거리고 훈련할 때는 250m 사격을 하며 저격수라면 100% 적중시킬 수 있다. TV에서 활은 유효사거리가 40m라고 하는 것을 들었다. 그런데 한국에서 활을 쏘는 사람들은 100m에 있는 과녁도 맞히니 좀 이상하다. 활은 보통 약 300m를 날아가는 것으로 되어 있다. 이 거리를 날아가려면 약 54m/s의 속도로 45도로 발사해야 한다. 총알은 음속을 돌파한다. 그래서 폭발음이 들리는 것이다. 음속은 약 330m/s이다. 그러니 약 3초 이내에 총알이 최대 사거리에 도달하게 된다. 총알에 우선 맞고 소리는 나중에 들리게 된다. 마치 번개소리를 듣는 것과 같다. <그림 : 간단한 힘과 운동의 물리학>
<그림 : 수학적으로 간단한 활>
<그림 : 활의 힘>
앞의 계산은 좀 간단하게 한 엉터리고 다시 좀 더 상세하게 생각해 보자. 과연 활의 힘이 당기는 길이에 비례해서 생길까? 아니다. 아무리 힘이 좋은 활이라도 시위를 놓은 상태에서는 화살에 힘을 실을 수가 없다. 즉, 활의 힘은 대부분 시위에 걸리고 일부만 화살로 옮겨지는 것이다. 더구나 화살을 미는 힘은 당긴 거리에 비례하지도 않는다. 거의 초반에 강력한 힘이 작용하고 그 이후는 미미한 힘이 작용할 뿐이다. 서양 활과 동양 활의 차이라고 말 한다면 아무리 봐도 크기인 것 같다. 즉, 가지고 다니기 편한지 아닌지 정도의 차이라고 밖에는 말 할 수 없겠다. 성능은 역시 시위를 당겼을 때 걸리는 힘에 달렸다. 사람의 한 쪽 팔 힘은 아무리 장정이라도 20kg정도면 평균적이라고 봐야 하겠다. 그러니 활의 능력은 이 20kg에 의해 결정된 것이다. 단지 이 힘을 내는 작은 활을 만들 수 있느냐 없느냐의 차이일 뿐이다.
우리나라 화살 중에 편전이라고 절반짜리 활이 있다. 이 활은 가벼워서 국궁으로 쏘면 300m를 나라간다고 한다. 영국의 장궁병은 온전한 화살을 쏘아 약 300m를 날렸으니 대단한 힘이다. 그리스 신화 오디세우스에 나오는 율리시스가 사용하던 활의 시위도 끼지 못하다가 율리시스가 돌아오고 나서 몰살당하는 불쌍한 고추들이 나온다. 참으로 황당하다. 아무리 작은 활이라도 한 손에는 활의 끝을 잡고 한 손에는 시위를 잡아야 걸 수 있다. 즉, 자기 몸무게를 이용해서 활을 굽히고 시위를 거는 것인데 아무리 강한 활도 사람 몸무게는 당하지 못한다. 사람 몸무게는 약 100kg이 못 된다. 남자가 못나가도 50kg은 넘는다. 이 힘으로 활시위를 걸지 못한다는 것이 말이 되는가? 아무리 천하장사라도 큰 활에 시위를 걸 때는 자기 몸무게를 이용한다. 그러니 몸무게보다 큰 힘을 내는 활은 이 세상에 없다. 문제는 시위를 걸 때 그렇게 힘든데 시위를 당길 때는 더 힘들어진다는 것이다. 그러니 정말 신화는 신화다. 뻥인지 아닌지 정확히는 알고 있어야 한다.
석궁, 쇠뇌가 무서운 이유가 있다. 장전할 때는 큰 힘이 필요하지만 조준할 때는 힘이 들지 않아서 강력한 힘으로 정확하게 쏠 수가 있다. 특히 장전할 때 손힘에 의존하지 않고 몸무게를 이용해서 발로 눌러 장전하는 석궁이라면 보통사람도 쉽게 40kg 이상의 힘으로 장전할 수 있다. 옛날에는 발로 지탱하고 두 손으로 당겼으니 그 힘이 40kg(쌀 한 가마)정도였을 것이다. 여자들이라면 장전할 수 없다. 더구나 석궁은 나중에 철을 탄력 있게 만들 수 있게 되면서 크기가 더 작아졌다. 화살도 작아져서 가벼워졌다. 그러니 반은 총이나 다름없는 수준이다. 현대 기술로 만들면 족히 1km도 날릴 수 있을 것이다. 40kg의 힘에 절반 무게의 화살이니 300m의 2배는 되는 600m는 날릴 수 있다. <그림 : 힘과 속도>
그림을 보면 힘이 거리에 비례하면 속도는 거리의 제곱에 비례하는 관계다. 앞에서 본 바와 같이 활의 힘은 거리에 그냥 비례하지 않고 거리의 제곱에 비례하는 것 같다. 그렇다면 속도는 거리의 3제곱에 비례한다는 말이다. 즉, 아주 초반에 거의 속도가 급속도로 오르고 그 이후는 더욱 속도 변화가 없다는 말이다. 즉, 시위를 최대한 당겼을 때의 힘이 모든 것을 결정한다. 즉, 팔 힘이 장사인자가 강하게 활을 쏠 수 있다는 말이다. 즉, 멀리 쏘며 직진성이 좋아서 정확성도 높게 된다. <그림 : 유효사거리>
그림을 보면 알겠지만 양궁과 국궁을 비교한다면 국궁이 더 어렵다. 조준기가 없기 때문이다. 그리고 활시위의 힘이 항상 일정해야 하고 화살의 무게가 일정해야 한다. 그러나 국궁은 이것이 일정하지 않으니 모두 감각에 의지해서 사격을 해야 한다. 그러니 정말 어려운 것이다. 고대에 활 잘 쏘는 사람은 정말로 존경 받을 만 했다. 활의 유효사거리는 따로 있지 않다. 개인의 능력에 따라 다르다. 30cm를 30m에 놓고 보면 10m 앞에 10cm를 두고 보는 것과 같다. 그리고 1m 앞에서는 1cm를 보는 것과 같다. 그러니 유효사거리는 30m라고 봐야 할 것 같다. 그 이상이 되면 전쟁무기로는 효과가 없었을 것으로 보인다. 30cm로 과녁을 정한 것은 가장 작은 사람의 가슴부분의 폭이 이 정도로 보이기 때문이다. 양궁에선 120cm의 원에다 사격을 하니 1m에서 1cm로 보이려면 120m 앞에다 세워야 한다. 그러나 살상용으로 사용한다면 역시 일반인의 경우는 30m를 조금 더 넘긴 거리에서나 가능할 것 같다.
활과 비슷한 것이 하나 있다. 새총이라고 부르는 고무총과 공기총이 있다. 고무를 이용한 새총으로도 활을 만들 수 있다. 공기총은 공기의 압력으로 총알을 발사하지만 공기의 압력은 강력한 스프링으로 만든다. 즉, 결국 스프링의 힘으로 총알을 발사하는 것이다. 총알은 물론 가벼운 BB탄이다. 그리고 거리도 그리 많이 나가지 않는다. 100m를 넘기기 힘들며 30m 이내에서 사격을 할 수 있다. 아주 가까운 거리에서 작은 동물을 죽일 수도 있다고 한다. 공기총과 활을 비교하면 아마도 활이 더 치명적일 수도 있을 것이다. BB탄을 300m에서 맞았다고 죽지는 않겠지만 활은 300m에서 맞아도 죽으니까. 강력한 스프링을 이용하면 총과 같은 활도 만들 수 있을 것이다. 그래도 총보다 못한 것이 조준이 무척 힘들어서 맞히기 어렵다는 것이다. |
출처: 꿈돌이 원문보기 글쓴이: 코삐쭉