★ Stella et Fossilis

물리의 기초를 배운 사람은 누구나 아는 코리올리 효과이다. 문제는 많은 물리 교과서들이 이 현상을 과장 표현하여 터무니 없는 보기들을 내세우고 있다.개수대나 욕조나 양변기에서 물이 구멍으로 빠져 나갈 때 이 코리올리 효과 때문에 북반구에서 시계 방향으로 물이 돌면서 나간다는 설명 따위가 그런 지나친 설명이다. 이해심 교수가 (일상 생활 속의 대다수 사람들이) 경험한 바에 따르면 이런 경우 그 회전 방향이 제멋대로이다.욕조에서 물리 빠져 나갈 때, 한 동안 시계 방향으로 회전하던 물이 얼마 후 시계 반대 방향으로 회전하고 다시 시계 방향으로 돌면서완전히 빠져 나가는 등 실제 물의 회전 방향은 상황에 따라 다르다. 왜 그런가? 한 마디로 말해서 욕조 정도의 규모에 있어서 코리올리 힘이 작기 때문이다. 물이 욕조에서 이동할 때 욕조의 벽과 바닥에 닿는 부분은 마찰력을 받는다. 이 마찰력은 물 분자들 끼리의 응집력 때문에 물 전체에 영향을 미친다. 대부분의 개수대나 욕조에있어서 이러한 '그 밖의 힘' 효과가 코리올리 힘보다 더 크게 작용하는 경우가 흔하다. 더구나 초기 조건으로서 사람이 물을 어느 쪽으로 휘저었느냐에 따라서 회전 방향이 결정되기도 한다. 물의 회전 방향이 도중에 바뀌는 것은 이러한 마찰 따위 힘이물의 양에 따라 달라지기 때문이다. 따라서 코리올리 효과를 제대로 보려면 조심스러운 실험이 필요하다. 개수대 벽이나 바닥이 미치는 마찰력은 대략 물의 속력에  비례한다. 따라서 그 영향을 줄이려면 물이 느리게 움직이게 해야 한다. 또한 물이 많아야 한다. 물에 닿는 벽의 넓이는 물의 양에 대략 비례하지만 바닥 넓이는 일정하므로 물이 많을수록 단위 질량 당 받는 마찰 영향이 작다. 여기에 이해심이 해 본 실험을 소개한다.

(1) 브라보 콘을 몇 개 사서 맛 있게 먹어라.
(2) 브라보 콘 끝에 씌워 있던 작은 플라스틱 뾰족 고깔을 버리지 마라.
(3) 그 고깔의 끝을 칼로 잘라서 작은 구멍을 만들어라. 지름 3-4 mm 쯤이 좋다. 몇 차례의 시행 착오 끝에 얻은 수치이다.
(4) 밀가루 한 줌을 옆에 준비해 두어라. 물이 아주 차가울 때는 커피 프림도 좋다.
(5) 1.8 리터 콜라 PET 병을 구해서 콜라를 몽땅 맛있게 마셔라. PET 병의 옆 면이 회전형인 것이 좋다.
(6) 이 PET 병의 위 부분을 잘라서 깔때기를 만들어라. 처음에 충분히 크게 준비했다가 나중에 필요하면 조금씩 깎아 내어라.
(7) 개수대 구멍에 이 깔때기를 끼워라. 사실 이 깔때기 구멍도 너무 크다. 그래서 미리 준비했던 뾰족 고깔을 여기에 다시 끼워서 실제로 물이 빠져 나가는 구멍을 아주 작게 만드는 것이다. 틈새가 완전히 밀폐되지 않아도 좋다. 개수대 구멍 크기에 맞추어 깔때기 가장 자리를 깎아 내고 뾰족 고깔 길이를 조절하는 등 크기를 알맞게 맞추어라.
(8) 깔때기와 고깔을 치우고 개수대 바닥 구멍을 원래의 뚜껑으로 덮고 물을 가득 채워라.
(9) 재빨리 구멍 뚜껑을 치우고, 준비했던 깔때기와 고깔을 구멍에 끼워라.
(10) 물의 흔들림이 줄어들고 안정하게 빠져 나갈 때 그 회전 방향을 확인하라.
(11) 물의 흐름을 맨 눈으로 보기 어려우면 준비했던 밀가루를 물 위에 조금씩 뿌리며 어떤 곡선이 만들어지는 지를 확인하라.
(12) 그 곡선이 (위에서 내려다 보아) 시계 방향으로 휘어지며 움직이면 당신이 북반구에 살고 있음을 느낄 것이다. 만약 시계 반대 방향으로 휘어지며 움직이면 당신이 남반구에 살고 있거나  아니면 회전 전망대 식당에 있다는 사실을 느끼게 될 것이다. 그도 아니면 방향을 바꾸고 있는 배 안에 있거나 ....

모두 헛 소리!  99% 이상의 확률로 당신이 실험을 잘 못 한 것이다. 물이 너무 빠르게 흘러서 마찰력이 크게 작용하고 있거나 하는 따위 ....

일요일에 아이와 '어린이 대공원'엘 갔다 와서는 너무 피곤해서 뻗었습니다. 그런데 어제 방문객이 급격히 늘어 궁금했는데 'Reibark'님의 소행(?)이셨군요.^^ 지난번 무역풍 사건도 그렇더니^^ 그리고 댓글에 BigTrain님께서 질문을 올리신 것이 있고, Reibark님이 연결해놓으신 사이트 댓글 중에 재밌는 것이 하나 있어 이에 대한 설명을 짤막하게 드릴까 합니다.

사실 이 부분은 고교 지구과학에 나오는 '경도풍'에 대한 설명이라 할 수 있지요. 물 빠짐의 경우는 마찰력 외에 다른 변인이 첨가되겠지요. 중요한 것은 전향력이 물 빠짐에 영향을 줄 정도로 크지 않다는 것입니다.


★ Kenya Nanyuki의 속임수

☞ 실제 적도 부근에 있는 Nanyuki란 마을에서의 속임수는 유명하다고 합니다. 아마도 사과식초님께서 말씀하신 것은 이 '사기'인 것 같습니다. 이곳에는 돈벌이를 위해 이런 '속임수'를 하는 사람들이 있다고 합니다. 미국의 PBS에서 방영을 했었다고 하는데, BBC의 'From pole to pole'이란  프로그램에서 꼬리를 잡혔다고 합니다. 속임수였던 것이지요. 재밌는 것은 이 실험에서 협잡꾼은 '북반구 시계방향, 남반구 반시계방향'이라고 반대로 얘길 했다는 것이라지요.

대략적인 원리는 이렇다고 합니다. 완전한 원형이 아닌 사각형의 배수장치를 이용해 손쉽게 자신들이 원하는 방향으로 초기 회전을 만드는 것인데, 마치 관객들에게 잘 보여주려는 의도로 슬쩍 움직여 원하는 방향으로 회전을 만든 것이지요.(북반구 시계, 남반구 반시계로 ^^ 방향이나 제대로 만들지...) 참 어이없는 일이지요. 그런데 사람들이 속아 넘어갔다는 것입니다.

그런데 정말 이 내용이 스펀지에 나온 적이 없나요? 한 번쯤은 나오면 재밌을 것 같은데요. 그렇죠? 정말 한번 스펀지에 제보를 해볼까요?

P.S.) 그리고 첨언을 하자면 실제, 코리올리의 힘이 물 빠짐에 영향을 주는지에 대한 정밀한 실험을 했던 적이 있다고 합니다. 대략 지름 1미터 가량의 큰 원통에 물을 가득 담아 요동이 없어질 때까지 - 하루 정도 - 둔 후 바깥쪽에서 마개를 제거하는 방식으로 실험이 이뤄졌고, 이 때 물 빠짐 구멍은 아주 작았다고 합니다. 이 경우 아주 천천히 물 빠짐이 진행되어 코리올리의 힘이 작용할 충분한 시간이 확보되어 서서히 반시계방향으로의 물 빠짐이 나타났다고 하지요. 그러나 제가 이 포스팅을 한 목적은 '일상 생활에서 일어날 수 없다.'란 것이지, 전향력 자체가 작용하지 않는다는 것은 아닙니다. 일부 학생은 TV에서 실험하는 것을 봤다고 하던데 어떤 프로그램인지 아시는 분은 알려주세요~ 만약 일상 생활에서 그런 실험을 보여주면서 방송을 했다면 그 자체가 '방송 사고'일테니까요.