코오롱하늘채 [김범준의 옆집물리학]코끼리 귀
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작성자 또또링3 작성일 26-09-21 12:14 조회 2 댓글 0본문
코끼리 다리가 굵은 이유를 찾기 위해 중요한 것이 물리학의 압력이다. 힘을 면적으로 나눈 것이 압력이어서 똑같은 힘으로 밀어도 면적이 작을수록 압력이 커진다. 압정의 평평한 면을 손가락으로 밀면 손가락은 멀쩡해도 압정의 뾰족한 끝은 게시판의 나무를 뚫는다. 손가락 피부가 나무판보다 더 부드러운데도 말이다. 물질마다 버틸 수 있는 최대 압력이 정해져 있다. 이보다 큰 압력이 가해지면 물질은 버티지 못한다. 뾰족한 압정 끝은 단면적이 작아 큰 압력으로 나무판을 뚫고, 압정의 평평한 면은 면적이 커서 작은 압력으로 미니 손가락은 멀쩡하다. 압정으로 게시물을 부착할 때마다 우리 모두 물리학을 이용하는 셈이다. 물리학 책을 덮고 눈을 들어 창밖을 보면 그곳에도 물리학이 있다. 물리학은 세상 어디에나 있다.
굵은 코끼리 다리도 압정과 마찬가지로 압력으로 이해할 수 있다. 다리가 버틸 수 있는 최대 압력보다 실제 작용하는 압력이 크면 다리는 버티지 못한다. 코끼리는 덩치가 커서 무게도 크다. 이 큰 무게가 만들어내는 압력을 줄여 다리가 버틸 수 있는 최대 압력보다 작게 하려면 어떻게 해야 할까? 다리를 두껍게 해서 단면적을 늘리는 것이 진화가 찾아낸 해결책이다. 긴 진화의 과정에서 덩치가 커지면서 다리의 단면적도 함께 늘어난 코끼리가 생존에 유리했을 것이 당연하다. 코끼리 다리가 굵은 이유는 간단하다. 덩치 큰 코끼리는 무겁기 때문이다.
모든 포유동물은 체온을 일정하게 유지한다. 생화학 반응으로 몸 전체가 만들어내는 열에너지가 몸 밖으로 적절히 방출되지 않는다면 내부의 온도가 끊임없이 오를 수밖에 없다. 코끼리 체온이 일정한 이유는 안에서 만들어낸 것과 정확히 같은 양의 열에너지가 밖으로 방출되기 때문이다. 대충 어림해 세포 하나가 만들어내는 열에너지가 일정하다고 가정하면 코끼리가 만들어내는 열에너지는 몸의 부피에 비례한다. 한편, 코끼리가 몸 밖으로 방출하는 열에너지는 몸의 부피가 아니라 피부 전체의 겉면적에 비례한다. 부피는 길이의 세제곱에 비례하고 면적은 제곱에 비례하니, 길이가 10배인 동물이 만들어내는 1000배의 에너지 중 방출할 수 있는 것은 기껏 100배에 불과하다. 코끼리는 늘 덥다.
추위가 아닌 더위가 문제인 코끼리는 그럼 어떻게 이 난제를 해결했을까? 피부에 털이 많다면 열을 잘 전달하지 않는 공기층이 털 주변에 머물며 열 방출을 방해한다. 코끼리는 몸 표면의 털을 줄였다. 매끈한 피부를 쭈글쭈글하게 만드는 것도 도움이 된다. 공기와 접촉하는 유효 면적이 늘어나 더 많은 열을 방출할 수 있기 때문이다. 진화의 과정에서 코끼리는 몸 표면 털을 줄이고 피부를 쭈글쭈글하게 만들어 더위를 피했다.
자, 이제 코끼리 귀가 어떤 역할을 하는지 독자도 예상해 답할 수 있다. 코끼리 귀는 자동차 라디에이터다. 엔진 주변을 흐르며 열을 흡수해 온도가 높아진 냉각수는 자동차 앞부분 구불구불 길게 관이 이어진 라디에이터를 통과하며 차 밖에서 유입된 차가운 공기와 만나 온도가 낮아진다. 라디에이터의 구조를 찾아보라. 공기와 접촉하는 면적을 가능한 늘리려는 디자인이 구현된 것을 한눈에 알아볼 수 있다. 코끼리 귀도 마찬가지다. 넓은 면적의 코끼리 귀에 분포한 많은 혈관을 통해 흐르는 높은 온도의 혈액은 차가운 공기와 만나 열을 방출해 식는다.
힘을 면적으로 나눈 것이 압력이며 면적은 길이의 제곱에, 부피는 세제곱에 비례한다는 것만으로도 코끼리는 왜 코끼리처럼 생겼는지 어느 정도 답할 수 있다. 덩치가 커 무거운 몸무게를 굵은 다리로 버티고, 덩치가 커 몸이 더워지니 털 없앤 쭈글쭈글한 피부와 커다란 귀로 열을 방출한다. 물리학을 이용해 코끼리 귀의 면적을 정확히 계산해낸 것은 아니다. 하지만 물리학은 코끼리 귀가 왜 큰지 설명한다.
무엇이라도 정확히 계산하는 사람이 물리학자라고 생각했다면 오해다. 이해를 위해 초점 흐린 눈으로 세상을 보는 것이 물리학의 방식이다. 앞에서 길이가 10배면 생성 에너지가 1000배라는 추정도 정확지 않다. 실제는 200배 정도다. 그래도 코끼리 모습 설명에서 바뀔 것은 없다. 대충하는 어림이 물리학의 장기다. 더 나은 이해를 위해 고른 길이다.
서울 탑골공원에 있는 국보 ‘서울 원각사지 십층석탑’이 이르면 2028년 유리 보호각에서 벗어난다. 30년 가까이 탑을 둘러싸 온 유리 보호각이 사라진 자리에는 돔 형태의 목구조 임시 보호시설이 들어설 전망이다.
16일 국가유산청에 따르면 국가유산위원회는 지난달 열린 제4차 회의에서 ‘서울 원각사지 십층석탑 보호각 개선 기본설계’ 안건을 조건부 가결했다. 위원회는 임시 보호시설로 높이 18.6m의 돔 형태 목구조물을 제시한 안을 적용하는 조건을 달았다. 지붕을 갖추고 자연 환기가 가능하도록 설계될 예정이다.
국가유산청과 서울 종로구는 2027년 세부 설계와 매장유산 조사 등을 거쳐 2028년 기존 보호각을 철거할 계획이다. 임시 보호시설 설치비는 약 81억원으로 추산됐다. 다만 최종 보호각 설치 방안과 석탑 해체 여부는 이번 심의에서 결론 내리지 않았다. 향후 별도 단계에서 검토한다.
현재의 철골·유리 보호각은 산성비와 조류 배설물 등으로부터 석탑을 보호하기 위해 1999년 12월 설치됐다. 하지만 두꺼운 유리의 반사로 석탑을 제대로 보기 어렵고 주변 경관과 어울리지 않는다는 지적이 이어졌다. 내부 결로와 통풍 부족으로 보존 환경이 악화될 수 있다는 우려도 제기됐다.
원각사지 십층석탑은 세조가 옛 흥복사 터를 넓혀 원각사를 세운 지 2년 뒤인 1467년 완성됐다. 높이 약 12m로, 화강암이 주류인 한국 석탑 가운데 드물게 대리석으로 만들었다. 3단의 기단 위에 10층의 탑신을 올렸으며, 3층까지는 위에서 본 평면이 ‘亞’자 모양이고 4층부터는 정사각형을 이룬다.
탑신 각 층에는 목조건축의 지붕과 공포, 기둥을 세밀하게 본떴다. 기단과 탑신 곳곳에는 불·보살과 용, 사자, 연꽃 등을 화려하게 새겼다. 대리석 재료와 전체 형태, 세부 구조는 고려시대에 만든 국보 ‘개성 경천사지 십층석탑’과 닮았다.
연산군 때 승려들이 쫓겨나며 원각사는 사찰 기능을 잃었고, 중종 때 건물이 철거됐다. 이후에도 탑은 제자리를 지켰다. 현재 탑 꼭대기의 상륜부는 남아 있지 않다. 오랫동안 지상에 방치됐던 상부 3개 층의 옥개석은 1947년 원래 위치로 복원됐다. 석탑은 1962년 국보로 지정됐다.
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