[김범준의 옆집물리학]코끼리 귀 > 자유게시판

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코끼리 모습을 떠올려보자. 이름 자체가 ‘코가 긴 이’라는 뜻이니 아무래도 자유자재로 움직이는 긴 코가 먼저 떠오른다. 이어서 두꺼운 다리, 털이 드문 쭈글쭈글한 피부, 그리고 커다란 귀도 생각난다. 코끼리의 특징적인 모습을 물리학의 방식으로 이해해보자.
코끼리 다리가 두꺼운 이유를 찾기 위해 중요한 것이 물리학의 압력이다. 힘을 면적으로 나눈 것이 압력이어서 똑같은 힘으로 밀어도 면적이 작을수록 압력이 커진다. 압정의 평평한 면을 손가락으로 밀면 손가락은 멀쩡해도 압정의 뾰족한 끝은 게시판의 나무를 뚫는다. 손가락 피부가 나무판보다 더 부드러운데도 말이다. 물질마다 버틸 수 있는 최대 압력이 정해져 있다. 이보다 큰 압력이 가해지면 물질은 버티지 못한다. 뾰족한 압정 끝은 단면적이 작아 큰 압력으로 나무판을 뚫고, 압정의 평평한 면은 면적이 커서 작은 압력으로 미니 손가락은 멀쩡하다. 압정으로 게시물을 부착할 때마다 우리 모두 물리학을 이용하는 셈이다. 물리학 책을 덮고 눈을 들어 창밖을 보면 그곳에도 물리학이 있다. 물리학은 세상 어디에나 있다.
두꺼운 코끼리 다리도 압정과 마찬가지로 압력으로 이해할 수 있다. 다리가 버틸 수 있는 최대 압력보다 실제 작용하는 압력이 크면 다리는 버티지 못한다. 코끼리는 덩치가 커서 무게도 크다. 이 큰 무게가 만들어내는 압력을 줄여 다리가 버틸 수 있는 최대 압력보다 작게 하려면 어떻게 해야 할까? 다리를 두껍게 해서 단면적을 늘리는 것이 진화가 찾아낸 해결책이다. 긴 진화의 과정에서 덩치가 커지면서 다리의 단면적도 함께 늘어난 코끼리가 생존에 유리했을 것이 당연하다. 코끼리 다리가 두꺼운 이유는 간단하다. 덩치 큰 코끼리는 무겁기 때문이다.
모든 포유동물은 체온을 일정하게 유지한다. 생화학 반응으로 몸 전체가 만들어내는 열에너지가 몸 밖으로 적절히 방출되지 않는다면 내부의 온도가 끊임없이 오를 수밖에 없다. 코끼리 체온이 일정한 이유는 안에서 만들어낸 것과 정확히 같은 양의 열에너지가 밖으로 방출되기 때문이다. 대충 어림해 세포 하나가 만들어내는 열에너지가 일정하다고 가정하면 코끼리가 만들어내는 열에너지는 몸의 부피에 비례한다. 한편, 코끼리가 몸 밖으로 방출하는 열에너지는 몸의 부피가 아니라 피부 전체의 겉면적에 비례한다. 부피는 길이의 세제곱에 비례하고 면적은 제곱에 비례하니, 길이가 10배인 동물이 만들어내는 1000배의 에너지 중 방출할 수 있는 것은 기껏 100배에 불과하다. 코끼리는 늘 덥다.
추위가 아닌 더위가 문제인 코끼리는 그럼 어떻게 이 난제를 해결했을까? 피부에 털이 많다면 열을 잘 전달하지 않는 공기층이 털 주변에 머물며 열 방출을 방해한다. 코끼리는 몸 표면의 털을 줄였다. 매끈한 피부를 쭈글쭈글하게 만드는 것도 도움이 된다. 공기와 접촉하는 유효 면적이 늘어나 더 많은 열을 방출할 수 있기 때문이다. 진화의 과정에서 코끼리는 몸 표면 털을 줄이고 피부를 쭈글쭈글하게 만들어 더위를 피했다.
자, 이제 코끼리 귀가 어떤 역할을 하는지 독자도 예상해 답할 수 있다. 코끼리 귀는 자동차 라디에이터다. 엔진 주변을 흐르며 열을 흡수해 온도가 높아진 냉각수는 자동차 앞부분 구불구불 길게 관이 이어진 라디에이터를 통과하며 차 밖에서 유입된 차가운 공기와 만나 온도가 낮아진다. 라디에이터의 구조를 찾아보라. 공기와 접촉하는 면적을 가능한 늘리려는 디자인이 구현된 것을 한눈에 알아볼 수 있다. 코끼리 귀도 마찬가지다. 넓은 면적의 코끼리 귀에 분포한 많은 혈관을 통해 흐르는 높은 온도의 혈액은 차가운 공기와 만나 열을 방출해 식는다.
힘을 면적으로 나눈 것이 압력이며 면적은 길이의 제곱에, 부피는 세제곱에 비례한다는 것만으로도 코끼리는 왜 코끼리처럼 생겼는지 어느 정도 답할 수 있다. 덩치가 커 무거운 몸무게를 두꺼운 다리로 버티고, 덩치가 커 몸이 더워지니 털 없앤 쭈글쭈글한 피부와 커다란 귀로 열을 방출한다. 물리학을 이용해 코끼리 귀의 면적을 정확히 계산해낸 것은 아니다. 하지만 물리학은 코끼리 귀가 왜 큰지 설명한다.
무엇이라도 정확히 계산하는 사람이 물리학자라고 생각했다면 오해다. 이해를 위해 초점 흐린 눈으로 세상을 보는 것이 물리학의 방식이다. 앞에서 길이가 10배면 생성 에너지가 1000배라는 추정도 정확지 않다. 실제는 200배 정도다. 그래도 코끼리 모습 설명에서 바뀔 것은 없다. 대충하는 어림이 물리학의 장기다. 더 나은 이해를 위해 고른 길이다.
김정은 북한 국무위원장의 동생인 김여정 북한 노동당 총무부장이 국제원자력기구(IAEA) 총회의 북한 비핵화 촉구에 “핵보유국 지위는 그 무엇으로도 되돌릴 수 없다”고 말했다.
김 부장은 17일 담화를 내고 최근 70차 IAEA 총회에서 제기된 북한 비핵화 촉구에 “귀에 익은 잡소리”라고 밝혔다.
김 부장은 IAEA에서 나온 북핵 지적을 두고 “매해 이맘때면 자동응답기에서 밤낮 울려 나오는 소리처럼 늘 듣게 되는 전혀 놀랍지 않으며 새로운 것도 아닌 잡음일 뿐”이라며 “우리 국가의 현 지위를 변화시켜보려고 모여앉아 떠들고 있는 인간들은 그것이 얼마나 한심하기 짝이 없는 망상이며 부질없는 헛고생인가를 똑바로 알아야 한다”고 밝혔다.
김 부장은 “국제원자력기구와 서방이 주기적으로 회의판을 벌려놓고 고정각본에 따라 아무리 비핵화를 열창해도 국가의 최고이익을 수호하기 위해 필요한 모든 조치를 강구하려는 우리의 의지와 실행능력에 그 어떤 영향도 미칠 수 없다”고 말했다.
김 부장은 또 “조선민주주의인민공화국의 핵보유국 지위는 그 무엇으로도 되돌릴 수 없는 절대적인 것”이라며 “적대세력들이 아무리 수사적으로 부정한다고 해도 조선민주주의인민공화국의 핵 지위가 물리적으로나 법적으로 영구고착된 현실은 추호도 변경시킬 수 없다”고 밝혔다.
이날 김 부장의 담화는 조선중앙통신을 통해 공개됐다. 북한 노동당 기관지 노동신문 등 북한 주민들이 접근 가능한 매체에는 실리지 않았다.
지난 14일 개막한 IAEA 총회에선 한국과 유럽 국가들은 북한의 핵 프로그램이 국제 비확산 체제에 중대한 위협이라고 밝혔다. 북한에 유엔 안보리 결의 등 국제적 의무를 이행하고 완전한 비핵화에 나설 것을 촉구했다. IAEA는 또 총회에 앞서 북한의 우라늄 농축 능력 확대와 원자로 가동정황을 담은 연례 보고서를 공개했다.

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