[유레카!유레카] 바퀴가 발명되지 않았다면

▶말이나 호랑이, 늑대 등을 길들여 타고 자동차 회사는 다양한 종류의 동물을 팔 것이다. 그렇게 되면 동물보호를 주장하는 사람들의 반발이 클지도 모르겠다. 또 해외여행 때는 점보 여객기 대신 헬리콥터를 육지에선 썰매처럼 미끄러지는 교통수단을 이용해야 할 것 같다. 지금껏 바퀴가 발명되지 않았다면 말이다. 유형섭(문성초교 5학년)

지금까지 세계에서 가장 빠른 자동차는 시속 약 547㎞로 달릴 수 있다고 한다. 2개의 주 바퀴와 보조 바퀴를 각각 달고 있는 이 자동차는 지난 2월 영국에서 개발됐다. 자동차는 이제 하루도 없어서는 안 될 생활의 필수도구가 됐다. 만일 바퀴가 발명되지 않았더라도 자동차가 이토록 대중화되고 발전할 수 있었을까.

인류의 위대한 발명품인 바퀴. 바퀴의 역사는 기원전 3500년쯤으로 거슬러 올라간다. 메소포타미아의 유적지에서 전차 바퀴의 흔적이 나온 게 바퀴의 시작이다. 당시에는 통나무를 둥글게 잘라 바퀴로 썼다. 바퀴의 쓰임새는 시간이 흐르면서 다양해졌지만, 예나 지금이나 운송수단으로서의 역할이 가장 큰 편이다.

자동차나 기차 같은 육상 교통수단에는 물론 비행기에도 바퀴가 달려 있다. 대형 여객기의 경우 바퀴가 20개 안팎이고 바퀴 1개의 무게도 100kg에 달한다. 이는 비행기가 손쉽게 뜰 수 있게 하고, 착륙할 때 수십 톤에 이르는 비행기의 무게를 견딜 수 있도록 만든 탓이다.

그렇다면 대부분의 운송수단에 바퀴를 다는 이유는 뭘까. 바퀴를 이용하면 적은 에너지로도 쉽게 멀리 갈 수 있다. 바로 '구름 마찰력'이 작용하기 때문이다. 물체는 가만히 멈춰 있으면 정지 마찰력을 받고, 구르면 구름 마찰력이 작용한다.

바퀴가 구를 때는 바닥이 눌려 바퀴의 모양이 변하거나 바퀴가 접촉하고 있는 면에 변형이 생긴다. 바퀴가 땅에 닿는 지점은 작은 화산의 분화구처럼 턱이 만들어진다. 이런 턱의 크기에 따라 구름 마찰이 크거나 작아진다. 또 바퀴에 작용하는 구름 마찰력은 바퀴가 크고 접촉면이 매끈할수록 작아진다.

구름 마찰력은 바퀴와 바닥의 탄성적 성질과 관련이 있다. 예컨대 자전거의 바퀴는 위에서 누르는 무게 때문에 땅에 닿는 부분은 선이 아니라 면적이 된다. 또한 바닥도 완전히 평평하지 않으므로 바퀴의 모양이 조금은 변하게 되는 것이다. 이 같은 바퀴 모양의 변형이나 크기, 공기와의 저항 등은 에너지 손실을 가져오는 이유가 된다.

과거와 달리 과학 기술의 발달로 바퀴 없는 새로운 교통수단이 제한적으로 등장하고 있다. 국내에서도 개발된 자기부상열차는 전기 자기장에 의해 바퀴 없이 철로 위를 1㎝가량 떠서 달린다. 하지만 아직은 바퀴를 온전히 대체할 만한 위대한 발명품은 나오지 않고 있다.

송은경(와이즈만영재교육 중부센터 원장) weiz21@naver.com

▶ 다음주 문제

최근 논란이 되고 있는 광우병은 소의 뇌세포를 파괴하는 병이다. 이처럼 동물들에게 있어 뇌의 손상은 곧 생존을 위협하게 된다. 만일 이 같은 뇌가 식물에도 있다면? (문제 풀이나 다양한 아이디어를 이메일로 보내 주세요)