지레와 도르래

[김영해(성북석관)]

지레 와 도르래의 원리

지레와 도르래는 물리학의 원리를 응용하여 적은 힘을 사용하여 일을 할 수 있게 고안된 기구이다. 이 분야에는 지레와 도르래를 응용한 많은 도구 특히 신형무기를 제작한 아르키메데스 (Archimedes BC 287～212 )가 가장 유명하다. 그는 시칠리아 섬에 있던 옛 그리스 도시 시라쿠사 (Syracusa)에서 살았던 과학 기술자이며 수학, 물리학의 이론을 이용하여 많은 도구를 제작하였다. 시라쿠사왕 히에론이 해변 모래톱에 올려놓은 군함에 군인을 가득 태우고 이것을 물에 띄우라 하였더니, 아르키메데스는 지렛대를 응용한 도르래를 써서 이를 쉽게 해냈다. 지중해의 패권을 둘러싼 3차에 걸친 로마와 카르타고의 전쟁 중 한니발에 의해 시작된 제2차 포에니전쟁 (BC 218∼BC 201) 때 시라쿠사는 카르타고의 편을 들어 로마군의 공격을 정면으로 받게 되었다. 이 때, 아르키메데스는 이미 70세를 넘은 고령이었지만, 이 위기를 구하기 위하여 각종 투석기와 기중기 등 지렛대를 응용한 신형무기를 고안하여 로마의 대군을 크게 괴롭혔다.

지레는 받침점, 힘점, 작용점의 위치에 따라 세 종류로 분류된다. 받침점은 고정되어 있고 힘점에서 힘을 가하면 작용점에 있는 물체로 힘이 전달된다. 제1 종 지레에서는 힘점과 작용점이 서로 반대쪽에 있고 사이에 받침점이 있으며 가위. 배의 노, 손톱깎이, 시소, 투석기 등이 이에 속한다. 힘점에 주어진 힘을 F, 작용점에서의 힘을 W = mg, 그리고 힘점과 받침점 사이의 거리를 b, 받침점과 작용점 사이의 거리를 a라고 하면 Fb = Wa 가 된다. 이 때 b가 a에 비하여 아주 길면 F는 W보다 적어진다. 힘에 거리를 곱하면 일, 즉 에너지가 되니 지레는 같은 일을 적은 힘으로 할 수 있게 한다. 제 2종 지레는 힘점과 받침점 사이에 작용점이 있으며 병따개 등이 속한다. 제 3지래는 작용점과 받침점 사이에 힘점이 있는 지레이며 낚싯대, 젓가락, 핀셋, 투석기 등이 속한다. 3종 지레에서는 힘이 더 필요하지만 세밀한 일을 할 수 있다.

도르래에는 고정도르래와 움직도르래가 있으며 고정도르래에서는 힘은 같게 들지만 힘의 방향을 바꿀 수 있다. 움직도르래에서는 힘이 적게 들며 줄을 많이 움직여야 한다. 대신에 힘의 방향은 바꿀 수 없다. 공사현장에서 많이 사용되는 기중기는 움직도르래 여러 개를 연결하여 무거운 물건을 쉽게 옮길 수 있게 한다. 복합 도르래는 고정도르래와 움직도르래의 단점을 보완하기 위하여 만들어졌으며 힘의 방향을 바꿈과 동시에 힘의 효과를 확대하였다.

정조가 수원성곽을 새로이 축조할 때 도르래를 이용한 거중기를 사용하였다고 한다. 수원화성은 정조에게서 수원성 축성의 명을 받은 정약용 (1762～1836)이 1794년에 축조하기 시작하여 2년 반이나 걸려 1796년 완성되었다. 그는 가장 이상적인 성곽을 만들기 위하여 자재를 운반하는 새로운 수레와 거중기라는 돌을 들어 올리는 첨단기계까지 고안해 냈다.

또한 산호의 궁전의 중심부를 건설한 리즈칼닌이 사용했을 것으로 짐작되는 지레와 도르래를 이용하여 고대의 거석 건축물들 (피라미드, 스핑크스, 스톤헨지 등)이 건설되었을 것으로 보인다. 20세기 초 극도로 괴팍한 사람이었던 에드워드 리즈칼닌은 거석 건축에 이용된 고대의 석공기술과 운반법의 비밀을 다시 찾아냈다고 주장했다. 그는 1920년대에 고국인 라트비아를 떠나 미국으로 이주하여 플로리다 남부 해안에 살면서 석질이 매우 단단한 암석과

목재로 집을 짓고 거석 건축물을 만들어 이상한 돌의 나라를 건설했다. 그 후 마이애미 근교로 이주하여 그가 만든 거석물들을 옮겨서 재조립하여 오늘날 산호의 궁전이라고 부르는 소규모 관광단지의 중심부를 건설하였다. 그가 고대인들이 사용한 지레와 균형의 기술을 다시 발견했다는 말 이외에는 작업에 대한 단서를 남기지 않았기 때문에 여러 추측이 난무했다.

거석 건축물들을 외계인이 직접 만들었다 또는 외계인이 기술을 전수했다는 설이 퍼져 있고 (1973년 1월 5일 NBC TV에서 방영된 ‘고대의 우주 비행사를 찾아서’라는 프로그램에 의하여 ‘고대 우주비행사’ 이론의 주장자인 에릭 폰 데니켄의 글들이 유명해짐) 게다가 초고대문명을 건설한 사람들의 업적이라는 이야기까지 나타나고 있지만 (그레이엄 핸콕과 같은 작가들의 주장) 신빙성은 극히 희박해 보인다. 핸콕 등의 주장은 그리스의 철학자 플라톤이 말한 아틀란티스에 기초를 두고 있다. 그들은 아틀란티스 인들이 각지로 이주하여 이집트, 메소포타미아, 남아메리카 등에 문명을 전파했다고 주장하고 있다. 우리 동양인들에게는 아틀란티스 문명을 그렇게 중요하게 생각하고 있지 않지만 많은 서양인들은 아틀란티스 문명이 실제로 존재하였다고 받아들이고 있다.

20세기에 가장 성공한 심령술사로 평가받는 에드거 케이시 (1877～1945)의 예언에 의하면 1968년에 아틀란티스가 바하마 근처 비미니 해역에서 다시 발견된다고 한다. 그 후 30여 년에 걸쳐 비미니 해역에서 집중적인 잠수 탐사가 이루어졌지만 콜럼버스 이전 시대의 인간 활동에 대한 확실한 증거가 발견되지 않았다.

일반적으로 사람들은 이런 이상한 것들 예를 들면 초능력, 독심술, 천리안, 공중부양 등이 가능하다고 생각하는 듯하다. 자주 이야기되는 네스 호의 괴생명체, 히말라야 산중에 살고 있다는 설인, 그리고 외계인을 만났다는 것 등도 같은 범주에 속한다고 본다. 심심찮게 UFO를 타고 나타난 외계인을 만났다는 목격담이 전해지며 그 중에는 생체실험의 대상이 되었다는 이야기도 있다. 그러나 일반적인 견해로는 상상이 만들어 낸 착각 현상으로 보고 있다. 왜냐하면 증거 자료가 거의 없기 때문이다.

초능력과 공중부양

초능력을 가지고 있다고 주장하는 사람들의 이야기를 심심찮게 들을 수 있습니다. 결론부터 말씀드리면 초능력은 없습니다. 물론 우리가 우리의 정신세계를 완전히 모르고 있다는 것은 사실이지만 그렇다고 해서 초능력을 가질 수 있다고 확대 해석할 수는 없습니다. 사람에 따라서는 어느 정도 예언을 할 수 있고 태마 신부들처럼 귀신도 쫓아낼 수도 있으며 안수 목사들의 경우에는 어느 정도 병을 고칠 수 있는 능력도 가지고 있습니다.

그러나 이 모든 것들은 오랜 수련을 통하여 얻어질 수 있는 것이며 아무나 가질 수 있는 능력은 아닙니다. 그리고 초능력은 아닙니다. 단지 일반인보다 조금 더 뛰어날 뿐입니다.

초능력과 관련하여 공중부양을 할 수 있다고 주장하는 사람들도 상당히 있으며 증거자료도 많습니다. 공중을 날 수 있는 동물들은 모두 날개 또는 피막을 가지고 있으며 체중이 상당히 가벼워요. 새들이 날개 짓을 하며 날아오르는 것을 자주 보고 있습니다. 조금 큰 새들은 상승 기류를 이용하여 비상합니다. 가장 작고 가벼운 벌새는 공중에서 정지할 수 도 있는데 날갯짓을 1분에 80회 정도 한다고 합니다. 그러므로 체중이 60kg인 사람이 중력을 이기고 공중에 뜨기 위해서는 아주 큰 날개와 날개를 움직일 수 있는 추진력을 가지고 힘차게 날개 짓을 하여야 하며 이런 경우에도 아주 잠시만 공중에 머무를 있을 수 있습니다.

그러면 왜 공중부양 및 초능력 이야기가 특히 우리나라에서 끊이지 않고 계속되는 것일까요? 그 이유는 우리 모두가 현재와 미래의 생활에 불안을 느끼지 때문에 이 심리를 이용한 사기행각이 자행되고 있는 것입니다. 올해는 특히 경제가 어려워져 미래에 대한 확신이 줄어들고 불안감이 커지는 추세에 있습니다. 입시 문제도 한 몫을 단단히 하고 있지요. 신문 방송에 보도되는 사건사고 소식들과 사회의 변화가 너무 빠르기 때문에 상당수의 우리 국민들이 불안감에서 헤어나지 못하고 있는 것입니다. 이 불안감을 종교계에서 해소하여야 하는데 잘 알고 있듯이 우리의 종교는 사회문제 해결보다는 개인의 문제 즉 복에만 너무 치중하므로 이런 문제를 해결하지 못하고 있습니다. 그러므로 사람들이 쉽게 이런 자칭 초능력자들 사실은 사기꾼에 불과한 사람들을 찾아다니게 되는 것입니다.

따라서 이런 비정상적인 현상이 감소되게 하기 위해서는 우리 모두가 뿌린 대로 거둔다는 생각과 원인 없는 결과는 없다는 생각 및 공짜는 없다는 생각 등을 가져야하며 합리적인 생각과 행동을 하여야 합니다.

[탁순덕(TX)]

좋은 글 잘 읽었습니다. 제 컴퓨터에 무슨 기능이 부족한지 사진이 올라 오지 않아 많이 섭섭했습니다.

[이석호(Salzburg)]

Quick Quizz: 지렛대가 있는데 양끝에서 받침점까지 거리들을 모른다고 가정하고, 이 지렛대만 가지고 무게를 모르는 물건의 무게를 재려면? (고 2 때 물리시험 문제)

[이석호(Salzburg)]

Shame on me! 문제를 가져 올때 실수를 했기에 정정했읍니다. 실수에 사과드립니다. (鼓頭四拜)
Hint: 지렛대에는 저울추 셋트가 필수적으로 딸려 있음을 가정해야 합니다. (Ex: 1kg, 2kg, etc). 단 이 경우는 저울추 셑트가 자기것이 아님