전통놀이 백전백승의 비법을 알려주마

태연과 사촌은 설날을 맞아 오랜만에 시골 할머니 집에서 만났다. 이들은 결의에 가득찬 표정으로 뒷동산에 오른다. 일명 대머리 언덕으로 불리는 널찍한 산등성이는 누가 봐도 연날리기 최적의 장소다.

“자, 오늘은 반드시 지존을 가리기로 하자. 우리가 어찌어찌하다 동갑으로 태어났으나, 서열 없이 마구 이름을 부르는 불상사는 막아야 하는 법! 그리하여 오늘 이 대머리 언덕에서 역사적인 서열정하기를 하고자 한다.”

긴장감이 감도는 가운데 태연과 사촌의 연이 동시에 하늘을 나른다. 이때 태연은 회심의 미소를 짓는다. 어제 밤늦도록 아빠에게 배운 과학적 비법이 있기 때문이다.

“사촌, 난 과학적으로 완전 무장하고 있기 때문에 너한테 도저히 질 수가 없네. 연실을 잡아당기면 왜 연이 높이 뜨는 줄 알아? 바로 ‘베르누이의 정리’ 때문일세. 유체의 속도가 증가하면 압력이 감소하고, 반대로 속도가 감소하면 압력이 커진다는 원리를 말하는 것이지.”

“잘난 척 하시기는. 그거랑 연날리기랑 무슨 상관이야!”

“이런 무식한 인생 같으니라고~! 잘 보게. 연줄을 잡아당기면 연의 앞머리가 앞으로 기울어지게 되네. 그렇게 되면 유체(공기)가 지나가는 단면적 길이가 연의 윗부분은 길고 연의 아랫부분은 짧아지게 되지. 당연히 길이가 긴 윗부분을 지나는 공기가 더 빠르게 움직일 것이고, 속도가 빨라진 만큼 압력은 떨어지게 된다네. 이때 압력이 높은 아래쪽에서 낮은 위쪽으로 공기가 움직이면서 물체가 비행하도록 해주는 힘, 즉 ‘양력’이 생기는 것이지. 이러한 연유로 연줄을 앞으로 잡아당기면 연이 위로 쑥 올라가게 된다는 말씀이네.”

태연은 사촌 앞에서 얼레를 돌려 연실을 감는다. 아빠의 말처럼 연이 쑥~ 하고 솟아오른다. 완전 의기양양해진 태연은 이번엔 항력에 대해 장황하게 설명한다.

바람이 앞에서 불어오면 그 방향을 따라 연은 뒤로 밀려나는 힘, 즉 항력을 받게 되지. 그리고 항력을 받으면 연은 밑으로 내려간다네. 다시 말해 연을 당기면 양력에 의해 올라가고 연실을 풀면 항력에 의해 밑으로 내려간단 말씀이지. 연싸움에서 상대방의 연 실을 끊을 때도 이런 원리를 이용하면 된다네. 상대방의 연이 공중에 정지해 있을 때 내 연실을 그 위에 올려 건 다음, 실을 재빨리 풀어주면 내 연이 밑으로 쑥 내려가면서 상대방 연실을 끊게 되는 거… 악!!!”

태연이 연싸움의 승리비법을 장황하게 설명하는 순간, 태연의 연이 똑 끊어지면서 하늘로 훌훌 날아가 버린다. 얘기에 정신이 팔려있는 동안 이미 일격을 당한 것! 사촌은 의기양양하게 말한다.

“태연아, 과학도 좋지만 실전경험이 더 중요하지 않겠니? 이래봬도 난 실전으로 다져진 몸이라고! 과학자인 아빠한테 들은 대로 달달 외워서 원리를 설명한 건 참으로 가상하지만, 솔직히 공부도 내가 너보다 훨씬 더 잘하고. 이쯤에서 오빠라고 부르는 게 어때?”

태연은 분노와 오기로 두 눈이 이글이글 탄다.
“흥! 원리도 모른 채 운 좋게 이긴 주제에 감히 나에게 오빠로 불리기 원하다니 가당치 않구나! 그럼 이번에는 수학적 원리로 가득한 윷놀이로 승부를 겨뤄보자꾸나!”

사촌은 가소롭다는 표정으로 윷판과 윷을 꺼낸다. 태연은 머릿속으로 어젯밤 아빠가 해 준 얘기를 급히 떠올린다.

‘태연아, 윷짝의 윗면과 아랫면이 나올 확률이 동등하다는 가정 하에, 도가 나올 확률은 1/4, 개는 3/8, 걸은 1/4, 윷과 모는 1/16이야. 즉 ‘개-도·걸-윷·모’ 순으로 나온다는 거지. 그런데 윷짝은 정확한 반원 형태가 아니라 반원을 넘어 아래가 약간 잘려진 불룩한 모양이거든. 이런 형태적 특징을 고려하면 ‘걸-개-윷-도-모’ 순으로 윷짝이 많이 나온단다. 그러니까 윷판을 쓸 때 이런 확률을 생각해뒀다가 지름길로 가는 순간을 잘 포착하면 훨씬 효율적으로 윷놀이를 할 수 있어. 전통놀이에서 백전백승할 수 있는 비법이 바로 과학에 있다니, 정말 놀랍지 않니?’

태연은 마구 머리를 굴려 윷판을 써본다. 그런데 이 무슨 확률을 거스르는 운명의 장난이란 말인가! 오늘따라 나오기 힘들다는 도만 계속해서 나오고, 윷이나 모는 나와 줄 생각을 않는다. 결국 시작한 지 10분도 채 안 돼 태연은 패배할 위기에 처한다. 바로 이때, 아빠가 태연과 사촌의 경합을 구경하기 위해 대머리 동산에 나타난다.

“어떻게 돼 가고 있냐? 오빠의 탄생이냐, 혹은 누나의 탄생이냐?”

“아빠! 내가 아빠 말만 믿고 전통놀이 결투를 신청한 게 잘못이었어요. 과학보다 실전경험이 훨씬 더 중요하다고요!! 그러니까 내가 전통놀이 말고 몸무게나 얼굴너비 같은 걸로 서열을 정하는 게 낫다고 했잖아요. 몸무게로 치면 내가 그냥 누나도 아니고 큰누나인데 저렇게 비쩍 마른 녀석한테 오빠라고 해야 하다니, 이건 정말 악몽이야~ 설날의 악몽!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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아빠, 하늘 오래 나는 종이비행기 하나 만들어 주세요.”
“종이비행기? 아니 갑자기 웬 종이비행기?” 퇴근해서 집에 들어오자마자 양과장의 바지를 잡고 말하는 현민이를 보고 놀란 양과장이 되물었다.
“친구들이 만든 종이비행기는 멀리 잘 날아가는데 내가 만든 종이비행기는 자꾸 땅에 헤딩만 해요.” 풀이 죽어 말하는 현민이에게 양과장은 평범한 종이비행기보다 좀 더 오래 날고 안정적으로 잘 날아가는 종이비행기를 만들어 주기로 마음먹었다.

저녁밥을 먹은 뒤 양과장은 현민이를 불렀다.
“현민아, 우리 아주 멀리 날아가는 종이비행기 한번 만들어 볼까?”
“네~ 아빠 빨리 만들어 주세요!”
“그래~ 우리 같이 만들어 보자.”
양과장과 함께 종이비행기를 만들던 현민이가 문득,
“그런데 아빠, 비행기는 어떻게 하늘을 나는 거에요?”라며 궁금해했다.
“아빠가 비행기가 나는 원리를 설명해 줄게. 비행기는 크게 4가지 힘으로 하늘을 난단다. 그것은 바로 추력, 항력, 양력, 중력인데, 이 4개의 힘은 각각 비행기의 앞, 뒤 그리고 위, 아래로 작용을 하지.”

“그럼 그 추력은 무엇을 말하는 거에요?”
“요 녀석 급하기는…. 우선 추력은 비행기에 달린 제트엔진이나 프로펠러 엔진을 통해 앞의 공기를 끌어당겨 뒤로 보내면서 비행기를 앞으로 나아가게 하는 힘을 말해. 그리고 항력은 이에 대한 반대의 힘으로 비행기가 앞으로 나아가지 못하게 하는 힘이지. 이를테면 공기의 저항이 바로 항력이라 말할 수 있어. 그리고 공기의 힘으로 비행기를 위로 떠올리는 힘을 양력이라 한다면 비행기를 지상으로 잡아당기는 힘을 중력이라고 한단다. 이 4가지 힘은 서로 주거니 받거니 하면서 비행기를 위로 올리기도 하고 내리기도 하고 앞으로 나아가게 만들기도 해.”

“아웅~ 이해가 잘 안 돼요. 좀 더 쉽게 설명해 주세요.”
“알았다. 그럼 예를 들어 설명해 줄게. 일단 비행기 앞의 프로펠러가 돌면서 공기를 밀어내면 비행기는 앞으로 나아가려는 추력이 생겨. 하지만 앞으로 나아갈 뿐이지 위로 뜰 수는 없단다. 이 추력 때문에 비행기 날개 주위로 공기의 흐름이 빨라지게 되는데, 이때 비행기의 날개에서 양력이 생겨 하늘로 뜰 수 있지. 이 양력은 베르누이 법칙에 의해서 비행기가 뜰 수 있는 힘을 얻게 되는 거고.”
과학향기링크“베르누이 법칙이요?”

“응. 베르누이 법칙이란 유체에 작용하는 압력이 유체가 빨리 흐르면 작아지고, 유체가 느리게 흐르면 그 압력이 커진다는 법칙이야. 비행기 날개에 이 법칙을 적용해 보면 어떻게 비행기가 뜰 수 있는지 알 수 있지. 현민아! 전에 우리가 공항에서 본 비행기 날개는 어떻게 생겼었는지 기억하니?”
“네~ 비행기 날개 윗면은 유선형의 둥근 모습이고 아랫면은 평평했어요.”
“그래, 잘 봤다. 추력으로 밀어낸 공기의 흐름이 이 날개를 지나면서 비행기가 하늘로 붕 뜨는 마술이 일어난단다. 그 이유는 날개 위로 올라 이동하는 공기는 속도가 빨라지고 아래로 지나가는 공기는 위의 공기보다 상대적으로 낮은 속도로 이동하기 때문이야. 이때 베르누이 법칙에 의해 날개 위의 압력은 낮아지고 아랫부분의 압력은 커져. 바로 이런 압력의 차이 때문에 날개가 위로 들려 올려지게 되고 비행기가 뜰 수 있게 되는 것이지.”

“정말 그런 공기의 힘으로 그렇게 무거운 비행기가 뜰 수 있는 거예요?”
“그럼~ 실제로 대형 비행기가 하늘을 날기 위해서는 추력과 날개의 양력 그리고 날개 끝 부분에서 위아래로 움직이는 플랩이라고 말하는 보조 날개 등이 복잡하게 작용해야 가능하지만 기본 원리는 앞서 말한 추력과 양력으로 나는 거라 볼 수 있단다.”
“와! 정말 신기해요. 그럼 아빠, 우리가 만든 종이비행기도 정말 잘 날 수 있겠죠?”
“공기의 흐름을 잘 제어할 수 있는 비행기를 만든다면 아주 멀리 잘 날 수 있을 거야.”
“빨리 만들어서 날려봐요. 어서요.”
“알았어. 이 녀석아 하하~”


[실험방법]
준비물 :
- 1번 비행기 : A4지 1장, 스카치테이프
- 2번 비행기 : 좀 두껍고 빳빳한 종이 2장(잡지 커버 정도 두께), 빨대 2개, 스카치테이프

[진행순서 - 1번 종이비행기]
1. 4A지 종이를 넓은 면을 위아래로 둔 다음 밑 부분을 약 3cm 정도로 접는다.
2. 3cm로 접은 부분을 다시 위로 접어 A4지의 중간 부분까지 갈 정도로 계속 접는다.
3. 접힌 방향을 위로 한 상태에서 원통이 되도록 종이 양 끝 부분을 스카치테이프로 붙인다.
4. 이렇게 제작된 종이비행기를 날린다.
(그냥 날리게 되면 잘 날아가지 않는다. 던질 때 비행기가 회전할 수 있도록 부드러운 손목 스냅으로 회전을 주면 안정적으로 날아간다. 던지는 요령이 필요하다.)

[진행순서 - 2번 종이비행기]
1. 두꺼운 종이를 길게 자른다.
- 한 장은 세로 7cm 가 되도록 자르고 한 장은 세로가 4cm 정도 되도록 자른다.
2. 이렇게 자른 종이를 각각 끝 부분을 붙여 2개의 원통이 되게 한다.
3. 원통의 윗부분과 아랫부분을 표시한 뒤 빨대를 이용해 두 개의 원통을 연결한다.
(이때 빨대의 위치가 정확하게 원통의 윗부분과 아랫부분(180도)에 연결 될 수 있도록 한다. 만약 빨대의 길이나 위치가 차이가 나면 종이비행기가 똑바로 날지 못하고 한쪽으로 휘게 된다. 이때 종이비행기 앞부분에 클립을 끼우면 좀 더 안정적인 비행이 가능하다.)
4. 이렇게 제작된 종이비행기를 날린다.


[실험 Tip]
- 기본 종이비행기의 경우 날개는 넓지만 날개가 움직이지 않도록 버텨주는 힘이 없기 때문에 공기의 양력을 유지하기 어렵다. 하지만 이렇게 제작된 종이비행기의 경우 비행기를 앞으로 날려 보내는 추력으로 인해 발생한 공기의 흐름을 원통 모양의 날개가 안정적으로 유지해 주기 때문에 양력을 유지하는데 유리하다.

글 : 양길식 과학칼럼리스트

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 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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