흩어졌던 가족들이 한데 모여 정을 나누는 설날이 한 주 앞으로 다가왔다. 올해는 가족들과 함께 민속놀이를 즐겨보자. 민속놀이에 담겨 있는 과학적 원리를 아이들이 자연스럽게 체험하는 교육적 효과도 얻을 수 있다.



●회전운동의 관성 이용한 팽이

팽이가 도는 것은 처음 팽이를 돌릴 때의 힘과 회전력 때문이라는 점은 누구나 알고 있다. 그렇다면 왜 팽이는 잘 쓰러지지 않을까.

이는 관성(慣性)과 관련이 있다. 충북대 물리학과 오원근 교수는 “회전운동에는 회전속도와 회전축을 바꾸지 않으려는 관성이 있다.”면서 “땅에 놓은 팽이는 속도와 방향이 생기므로 관성이 작용한다.”고 설명했다. 관성에도 불구하고 결국 팽이가 멈추는 것은 바닥과 마찰하면서 힘이 줄어들기 때문이다.

그러므로 잘 도는 팽이를 만들려면 ‘축에서 먼 쪽의 질량이 크면 회전관성이 커진다.’는 점을 유념할 필요가 있다. 때문에 팽이의 테두리에 철사를 두르면 더 오래 돌게 된다.

●중력과 원심력의 놀이 그네

그네에는 진자(振子)의 왕복 운동과 중력, 가속도, 원심력 등 힘의 원리가 숨어 있다. 그네는 앞뒤로 약 70도의 각도로 왔다갔다 한다. 사람이 무릎을 굽혔다 펴면서 그네에 힘을 주면 원심력에 의해 더 큰 각도로 왕복한다. 이 힘은 그네를 공중으로 밀어 올리고, 정점에 다다른 그네는 중력에 의해 내려온다. 그네 위의 사람은 가속도를 느끼게 된다.

그네가 떨어질 때 사람은 한순간 공중에 붕 떠있는 느낌을 받으며 간이 ‘콩알’만 해지기도 한다. 마치 엘리베이터가 급하강할 때처럼 ‘무중력 상태’를 경험하게 되는 것. 한국과학기술원 책임연구원 이대영 박사는 “그네가 양쪽 끝 정점에 다다르면 순간적으로 원심력에 의해 위로 작용하는 힘과 밑으로 당기는 중력이 서로 ‘상쇄’돼 중력이 없어지는 것처럼 느껴진다.”고 설명했다.

●바람의 반작용으로 나는 연

연을 실에 매달고 앞으로 달리면 연이 서서히 뜨기 시작해 어느 정도 높이에 올라가면 공중에 떠있게 된다. 이는 공기의 흐름과 관련이 있다.

국립중앙과학관 전관수 팀장은 “사람이 실을 감으면 연은 끌려오려는 힘이 생기는 반면 45도 정도의 각도로 떠 있는 연에 부딪히는 공기와 바람은 아래쪽으로 힘이 꺾이게 된다.”며 “그 반작용으로 연을 위쪽으로 밀게 된다.”고 말했다.

하늘에 떠있는 연이 날아가거나 땅으로 쉽게 떨어지지 않는 이유는 실의 장력(張力)과 힘의 균형을 이루기 때문이다. 실이 끊어지면 힘의 균형이 깨져 공중으로 날아가버린다.

●지렛대의 원리 활용한 널뛰기

한복을 입은 여인이 긴 치맛자락과 옷고름을 휘날리며 하늘로 솟구쳐 오르는 광경이 일품인 널뛰기는 지렛대의 원리에 따른 힘의 균형과 중력 가속도를 활용한 놀이다. 무게중심을 널판의 중간에 확실하게 위치시켜야 균형이 맞아 제대로 널을 뛸 수 있다.

몸무게 차이가 많이 나는 사람끼리 널을 뛸 경우에는 무거운 사람이 널 중심쪽으로 위치를 잡거나, 널 가운데 받쳐놓은 가마니를 무거운 사람쪽으로 옮겨 무게중심을 이동시켜야 균형을 잡을 수 있다.

장택동 이영표기자 taecks@seoul.co.kr