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[짬짜면 과학 교실] 코끼리 가족에게 배우는 ‘물체의 운동’

2018년 06월 30일 17:00

    코끼리 가족

    _윤병무

 

    코끼리 가족이 대지의 개미들에게
    마른천둥으로 인사하며 떠나요
    물과 밥을 찾아서 먼 데로 이사해요

​    사자들이 숨어 있는 굶주림의 숲을 지나
    바람이 알려 준 서쪽 강물을 향하여
    코끼리 가족은 꼬박 사흘을 걸어가요

​    아빠 코끼리가 한 걸음을 뗄 때마다
    아기 코끼리는 세 걸음을 옮겨요
    그래야 코끼리 가족의 속력이 같아져요

​    지친 코끼리 가족이 내딛는 길에는
    기준점도 없고 이정표도 없어요
    길 없는 길은 가는 곳이 길이에요

​    없는 길마저 지우며 모래 폭풍이 몰아쳐요
    모래바람 빗자루에 쓸리지 않으려고
    코끼리 가족은 한데 모여 걸어가요

​    한나절 모래 폭풍의 비질이 끝날 무렵
    아빠 코끼리가 가족을 둘러보아요
    아니 그런데 막내 코끼리가 안 보여요

 

    막내 코끼리는 그만 방향을 잃었어요
    가족을 따라 서쪽으로 곧장 가야 하는데
    모래바람의 훼방에 서남쪽으로 간 거예요

 

    코끼리 가족은 가던 길을 멈추고는    

    지나온 길도 보며 사방을 둘러보지만
    동서남북 어디에도 막내는 안 보여요

 

    코끼리 가족은 일제히 코를 들어올려
    사방의 지평선을 향해 나팔을 불어요
    푸우웅~ 푸우웅~ 있는 힘껏 불어 대요

 

    초속 340미터 속력의 나팔 소리가
    대지를 가로질러 화살처럼 날아가요
    나팔 소리의 화살들이 동심원을 그려요

 

    그중 남쪽으로 날아간 소리의 화살들이
    마침내 막내 코끼리의 과녁을 맞혔어요
    정확히 5초 동안 날아간 나팔 소리였어요

 

    사랑으로 쏜 나팔 소리 화살을 맞은
    막내 코끼리가 북쪽을 향해 내달려요
    막내 코끼리 속력은 시속 10킬로미터예요

   

    멀리서 코끼리 가족이 코의 손을 흔들어요
    애타는 소리를 듣고 출발한 막내 코끼리는
    몇 분 만에 코끼리 가족을 만났을까요?

 

 

 

초등생을 위한 덧말

다행히 막내 코끼리는 하마터면 영원히 헤어질 뻔했던 가족을 만날 수 있었어요. 애타게 찾는 코끼리 가족의 소리를 듣고 막내 코끼리가 방향을 잘 잡아서 가족의 위치로 이동했기에 가능했어요. 어떤 물체의 위치는 한 장소를 기준점으로 정하고 나서, 그 기준점에서부터 그 물체가 있는 장소의 방향과 거리로 나타내어요. 그럼 위의 동시를 가지고 위치의 3요소인 ‘기준점’과 ‘방향’과 ‘거리’를 나타내 볼까요? 막내 코끼리가 가족을 다시 만난 곳(위치)은 사자들이 지키고 있는 ‘굶주림의 숲’ 한가운데(기준점)에서 서쪽(방향)으로 ××킬로미터(거리) 떨어진 지점이에요.

 

물체의 운동은 어떻게 나타낼까요? 그런데 과학에서 말하는 ‘운동’의 뜻은 체육 시간에 건강을 위해 몸을 단련하는 ‘신체 운동’이 아니에요. 과학에서의 운동이든, 체육에서의 운동이든 한자는 똑같이 옮길 운(運), 움직일 동(動)이라고 쓰지만, 과학에서의 운동의 뜻은 ‘어떤 물체가 시간이 지남에 따라 위치를 바꾸는 일’이에요. 그러므로 물체의 운동을 나타낼 때는 어떤 물체가 이동하는 데 걸린 시간과 위치의 변화를 말해야 해요. 그 ‘시간’과 ‘위치의 변화’를 위의 동시로써 말해 볼까요? ‘막내 코끼리가 자신을 찾는 가족의 소리를 처음 들은 곳에서 가족이 기다리고 있는 북쪽으로 ××분 동안 ××××미터를 운동했어요.’라고 말할 수 있겠어요.

​그럼, 일정한 거리를 이동한 물체의 빠르기는 어떻게 비교할까요? 그 비교의 열쇠는 ‘시간’에 있어요. 즉 일정한 거리를 이동하는 동안에 시간이 적게 걸린 물체가 시간이 많이 걸린 물체보다 빨라요. 막내 코끼리가 가족을 향해 달려가는 동안 ××분이 걸렸는데, 만약에 옆에 있던 타조가 똑같은 거리를 더 짧은 시간에 도달했다면, 타조가 막내 코끼리보다 더 빠른 거예요. 

​일정한 시간 동안에 이동한 물체의 빠르기는 어떻게 비교할까요? 이 비교의 열쇠는 ‘거리’에 있어요. 즉 일정한 시간 동안에 긴 거리를 이동한 물체가 짧은 거리를 이동한 물체보다 빨라요. 만약에 타조와 막내 코끼리가 동시에 출발해도 막내 코끼리보다 타조가 먼저 코끼리 가족에게 도착할 수 있는 것은 같은 시간 동안에 타조가 막내 코끼리보다 더 먼 거리를 갈 수 있기 때문이에요.

​그럼, 물체의 속력은 어떻게 구하는지 알아볼까요? 위에서 알아본 두 방법은 같은 시간이나 같은 거리에서 두 물체의 빠르기를 비교한 거예요. 그런데 어떤 물체들의 빠르기가 마치 달리기 경주를 하듯이 같은 조건에서 비교할 수 있는 경우보다는 서로 다른 조건에서 나타나는 경우가 많아서 그 비교가 쉽지 않아요. 초원을 뛰어다니는 말과 바다를 헤엄치는 돌고래 중 누가 더 빠를까요? 말과 돌고래는 둘 다 빠르지만 서로를 맞상대로 비교하기는 어려운 일이에요. 같은 조건을 만들기가 쉽지 않기 때문이에요. 그래서 각각의 빠르기를 알아내야 하는데, 그것을 각각의 속력으로 알아낼 수 있어요.

 

​​‘속력’은 단위 시간 동안에 어떤 물체가 이동한 거리를 뜻해요. 한 시간, 일 분, 일 초가 ‘단위 시간’이에요. 어떤 기차가 한 시간 동안 이동한 거리가 그 기차의 속력이에요. 어떤 기차가 한 시간 동안 100킬로미터를 이동했다면 그 기차의 속력은 ‘시속 100킬로미터’예요. 같은 뜻으로 ‘100km/h’라고도 써요. 이때 ‘km’는 ‘킬로미터’를 나타내는 기호이고요, ‘h’는 ‘시’(hour)를 나타내는 기호예요. 그런가 하면 어떤 육상 선수가 10초 동안 100미터를 이동했다면 그 육상 선수의 속력은 ‘초속 10미터’예요. 같은 뜻으로 ‘10m/s’라고도 써요. 이때 ‘m’은 ‘미터’를 나타내는 기호이고요, ‘s’는 ‘초’(second)를 나타내는 기호예요. 기차처럼 먼 거리를 이동하는 물체에는 ‘시’라는 단위 시간을 사용하고요, 달리기 경주처럼 짧은 거리를 이동하는 경우에는 ‘초’라는 단위 시간을 사용해요. 이렇듯 어떤 물체의 속력은 그 물체의 ‘이동 거리’를 ‘걸린 시간’으로 나누면 알 수 있어요. 즉, ‘속력=이동 거리÷걸린 시간’이에요. 

​이제, 위의 동시가 질문한 답을 찾아볼까요? (위의 동시를 다시 읽어 보세요.) 코끼리 가족의 소리를 막내 코끼리는 5초 뒤에 들었어요. 소리는 1초에 340미터를 이동하니, 코끼리 가족과 막내 코끼리 사이의 거리는 1,700미터(5×340=1700)예요. 그리고 막내 코끼리의 속력이 시속 10킬로미터였으니, 그 속력은 60분(1시간) 동안 10,000미터를 가는 것과 같아요. 그런데 막내 코끼리는 그 속력으로 1,700미터를 갔으니, 10,000미터의 17퍼센트만큼의 거리를 이동한 거예요. 따라서 그 시간 역시 60분의 17퍼센트만큼의 시간(분)이 걸렸겠죠. 즉 60분의 17퍼센트에 해당되는 시간은 10.2분(60×0.17=10.2)이에요. 결국 막내 코끼리는 약 10분 뒤에 가족을 만날 수 있었겠어요.

 

 

 

※ 필자 소개
윤병무. 시인. 시집으로 <5분의 추억>과  <고단>이 있으며, 동아사이언스에서 [생활의 시선]과 [때와 곳]을 연재했다.

 

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