[포토인북] 유체역학으로 바라본 세계 『이렇게 흘러가는 세상』
[포토인북] 유체역학으로 바라본 세계 『이렇게 흘러가는 세상』
  • 서믿음 기자
  • 승인 2020.04.08 18:18
  • 댓글 0
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[독서신문 서믿음 기자] 우리내 일상 속에서 마주치는 수많은 상황에는 과학적 원리가 숨어있다. 출퇴근 차량의 움직임을 예측해 교통 흐름을 조절하고, 영화 속에서는 진짜보다 더 진짜 같은 영상미가 구현되는 것 모두 과학의 소산이다. 이런 현상 속 흐름을 이해하고 또 다른 분야에 그 흐름을 적용하는 학문을 유체역학이라 하는데, 해당 연구로 박사학위를 받은 저자는 유체역학이 바꾼 세상 곳곳을 소개한다. 

[사진=도서출판 MID]

1895년 프랑스 오귀스트 뤼미에르, 루이 뤼미에르 형제가 영화를 발명한 이래 초기의 영화는 주로 실제 모습을 촬영하는 방식으로 제작됐다. 하지만 모든 장면을 직접 촬영하는 방식은 표현의 한계를 가져오기 마련이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 1920년대 매트 페인팅 같은 특수 효과가 등장했다. 매트 페인팅은 실제 촬영이 불가한 장면에서 특정 공간을 사실적으로 표현하는 기법이다. 매트는 필름의 특정 영역이 빛에 노출되지 않도록 가리는 불투명한 막으로, 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 가리는 역할을 한다. 이 기법은 영화 <오즈의 마법사>에서 실제하지 않는 나라, 오즈를 표현하는 데 적극 활용되기도 했으며, 최근에는 컴퓨터 그래픽의 힘을 빌어 더 완성도 높은 효과를 내고 있다. <35~26쪽>

[사진=도서출판 MID]

사거리에서의 비효율적인 신호 체계를 극복하기 위해 제안된 방식이 회전 교차로다. 1960년대 영국에서 시작된 회전 교차로는 국내에도 도입돼 최근 꾸준히 증가하고 있다. (중략) 회전 교차로는 오래전부터 존재했던 로터리와 유사한데, 반경이 로터리보다 작아 차량의 속도가 느려지고 그에 따라 사고 위험도 줄어든다. 실제로 회전 교차로에서의 통행 시간은 약 26% 단축되고 사고 건수 역시 44% 줄었다는 연구 결과가 있다. 또한 신호등 설치비 및 작동에 필요한 전기료와 유지 보수 비용 역시 절감되며, 강제적인 신호 대기가 사라져 연료 소모와 배기가스도 감소한다는 부수적 효과도 있다. <52~53쪽> 

[사진=도서출판 MID]

영화관과 지하철같이 좁은 공간에서 군중의 움직임을 해석하는 연구가 활발히 진행 중이다. 1장에서 이야기한 전산유체역학 기법 중 하나인 DEM 유동 해석 알고리즘을 이용해 병목 구간에서의 여객 움직임과 다른 여객과의 충돌을 피하는 움직임을 모사한 연구도 있다. (중략) 독일의 컴퓨터과학자 더크 헬빙은 사람들 사이에 상호 작용하는 사회적 힘이라는 개념을 도입해 보행자들의 움직임을 해석했다. 앞서 이야기한 대로 출구가 작은 공간에 군중이 몰렸을 때에는 서로 빨리 가려고 서두르는 경우보다 적절한 속도를 지켰을 때의 통과 속도가 더 빠르다. 해마다 400만명 이상의 순례자가 몰리는 물슬림의 순례 행사에서는 항상 크고 작은 사고들이 발생했는데, 2007년 헬빙의 연구 결과를 적용해 일방통행 도로를 정한 후 순례자들의 흐름을 제한하고 분산시키자 사고가 일어나지 않았다. <55~57쪽> 

[사진=도서출판 MID]

이란의 전통 가옥에 설치된 바드기르다. 여기서 'bad'는 바람, 'gir'는 잡는 것이라는 뜻으로, 바드기르는 펄펄 끓는 열기를 식히기 위한 바람탑이다. 통풍구를 통해 바깥의 차가운 바람이 탑 안으로 들어오면 더운 공기는 밀도가 낮기 때문에 위로 상승해 반대편 통풍구로 빠져나간다. 이때 추가적으로 차가운 공기가 아래로 하강하면서 항아리의 물을 증발시켜 열을 빼앗는데, 일종의 자연식 에어컨이라 할 수 있다. 바드기르는 매우 단순한 구조이지만 그 안에는 온도 차이에 의한 밀도류, 대류 현상, 증발과 잠열 등 다양한 과학 원리가 숨어 있다. <162쪽> 

[사진=도서출판 MID]

가장 오래된 변화구인 커브볼은 1867년 메에저리그 투수 캔디 커밍스가 바닷가에서 조개 껍데기를 던지다가 개발한 것으로 알려졌다. 공이 진행 방향의 앞쪽으로 회전하면 탑스핀, 뒤쪽으로 회전하면 백스핀이라 한다. 커브볼은 탑스핀이 걸려서 타자 앞까지 오면 폭포수처럼 아래로 뚝 떨어지는 반면 속구는 백스핀이 걸려서 아래로 덜 떨어진다. 커프, 슬라이더, 포크볼, 싱커 등 공이 휘어지는 대부분의 변화구는 공의 회전과 관련 있다. 1852년 독일 물리학자 하인리히 마그누스는 회전하면서 날아가는 포탄이나 총알이 휘는 원인을 공기의 압력 차이로 설명했는데, 이를 마그누스 효과라고 한다. <189~190쪽> 


『이렇게 흘러가는 세상』
송현수 지음 | MID 펴냄│268쪽│15,000원 


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