재미있는 과학상식

길다란 굴뚝이 쓰러질 때 보면 항상 중간 부분이 먼저 부러진 후 쓰러지는 것을 볼 수 있다. 왜 그럴까. 굴뚝이 쓰러질 때 중력 때문에 아래로 가속되면서 회전 운동을 하게된다.

이때 굴뚝 각 부분의 선형 가속도는 굴뚝 밑바닥을 회전축으로해서 회전축까지의 거리에 각 가속도를 곱하면 된다. 'at = ar (a : 각 가속도, r : 바닥부터 거리)' 따라서 굴뚝 윗부분의 각 가속도가 가장 크다. 왜냐하면 굴뚝의 회전축인 바닥으로부터 거리인 r이 가장 크기 때문이다.

이러한 이유로 굴뚝은 바닥으로부터 거리에 따라 즉 굴뚝의 높이에 따라 다른 선형 가속도를 받게된다.

실제로 굴뚝 맨 위의 수직 가속도 성분의 크기는 중력 가속도 보다 크다. 때문에 굴뚝의 위부분은 벽돌이 자유낙하할 때보다 더 큰 가속도를 받게 되는 것이다. 그 때문에 굴뚝 아래부분과의 힘의 차이로 굴뚝의 구조에 변형력이 생겨 넘어지기 전에 먼저 부러지게 되는 것이다.

이처럼 굴뚝이 쓰러지는 원인은 중력이지만 부러지는 곳은 굴뚝의 기하학적인 모양과 구조에 달려있다. 따라서 굴뚝이 화성이나 중력이 다른 행성에서 넘어지더라도 같은 부분이 부러지게 된다.

최창희기자 cch@imaeil.com