[강신종 쌤의 '재미있는 과학이야기' (20)] 안전장치 1

바퀴→수레→자동차로 이동 수단이 진화하자
안전장치도 브레이크·안전띠로 같이 발전했죠

황하, 이집트, 인더스, 메소포타미아 지역은 우리가 잘 알듯이 4대 문명의 발상지이다. 메소포타미아는 현재의 이라크를 중심으로 시리아 동북부와 이란 서남부 지역을 말하며, 이 지역을 중심으로 번영한 고대 문명을 메소포타미아 문명이라 한다. 인류가 처음으로 사용한 바퀴의 기록은 메소포타미아 문명에서 찾을 수 있다. 그릇을 빚는 도자기의 물레로 처음 사용된 것으로 기록돼 있다. 바퀴의 발명은 운송 수단에 큰 변화를 가져오는 계기가 됐다.

메소포타미아와 바퀴문명

이탈리아의 레오나르도 다빈치(1452~1519)가 발명한 태엽 자동차를 시작으로 폴란드의 시몬 스테빈(1548~1620)은 큰 돛을 달고 바람에 의해 움직이는 풍력자동차를 발명했다. 1769년 프랑스군 장교였던 니콜라 조제프 퀴뇨(1725~1804)는 대포를 끌고 다닐 목적으로 최초로 3륜 증기 자동차를 만들었지만 작동이 쉽지 않고 브레이크가 없어 위험했다. 하지만 증기기관의 발명으로 자동차의 모양은 현재와 비슷한 모양을 갖추게 됐다. 그 후 카를 벤츠(1844~1929)는 최초로 휘발유를 연료로 하는 3륜 자동차를 발명했다.

독일의 루돌프 디젤(1858~1913)이 디젤 엔진 발명을 통해 에너지의 효율과 안정성을 높였으며, 미쉐린 형제가 자동차용 공기 주입식 타이어를 발명하는 등의 과정을 거치면서 자동차는 점점 진화했다.

자동차와 안전

현재까지 화석 연료의 연소를 통해 에너지를 얻었고 이렇게 얻은 에너지를 요리, 공장, 자동차 등에서 사용했다. 하지만 화석 연료의 가장 큰 문제점인 한정된 자원량과 지구 온난화 등 환경문제에 직면했다. 고갈돼 가는 화석 연료 문제 해결과 환경 보호 등을 목표로 가까운 미래에 인류는 화석 연료의 연소가 아니라 수소 자동차처럼 화학 에너지를 활용할 것으로 생각된다.

전기 자동차, 수소 자동차 등 친환경 에너지를 사용하는 자동차 개발과 운전자 없이도 안전하게 목적지를 찾아가는 자율주행 자동차 영역 등에서 지속적으로 발전을 거듭하고 있다.

2016년 기준으로 우리나라의 자동차는 2558만107대가 등록돼 있고 1년간 발생한 교통사고는 총 22만여 건, 이로 인한 사망자만 4300명가량에 달했다. 과학 기술의 종합 결정체인 자동차는 현대인에게 반드시 필요한 문명의 이기(利器)이다. 반면 음주운전, 졸음운전 등으로 인한 불의의 사고로 우리를 불행하게 만들기도 한다.

자동차 충돌 사고는 관성과 운동량, 충격량 등의 과학적 원리와 밀접한 관계가 있고, 우리의 안전을 지켜주는 안전장치들에는 다양한 과학적 원리가 숨어 있다. 빠른 속도로 달리다 갑자기 정지하면 몸은 앞으로 쏠리게 되는데 이는 뉴턴이 운동 제1법칙에서 ‘관성’으로 설명했다. 운동하는 물체가 그 운동을 계속 유지하려는 성질을 관성이라 하며, 질량이 클수록 관성이 크다.

충돌 사고가 발생하면 자동차는 물체에 부딪치면서 아주 짧은 시간 안에 정지한다. 반면 운전자는 운동 방향으로 운동을 계속 유지하려는 관성에 의해 자동차의 내부와 충돌하면서 상처를 입게 되는 것이다.

관성과 안전벨트

자동차의 안전띠는 충돌 사고에서 관성을 방해해 운전자를 지켜주는 안전장치이다. 자동차 안에 타고 있던 사람은 자동차와 같은 속도로 운동하고 있다. 자동차가 갑자기 정지하면 관성의 법칙에 의해 자동차 안에 타고 있던 사람은 앞으로 튀어나가게 되는데 이를 막기 위해 안전띠가 필요한 것이다. 특히 뒷좌석에서 안전띠를 착용하지 않았다면 관성에 의해 몸이 앞으로 나아가 운전자와 충돌하든지 아니면 자동차 밖으로 튀어나갈 수 있다. 이처럼 관성을 방해하는 안전장치 이외에도 운동량과 충격량을 이용한 안전장치도 있다. 다음 시간에는 운동량과 충격량이 활용된 충격 흡수 장치의 과학적 원리(안전장치)에 대해 얘기하려 합니다.

강신종 < 용화여고 교사 >