왜 사람은 비를 맞아도 살 수 있을까?? F=ma를 깨는 힘, 종단속도

종종 하늘은 화창했는데

나올때보니 비가 뚝뚝 떨어져서

비에 홀딱 맞은 곤란한 경험.

다들 한번씩 있으신가요?

그럴때는 가방 같은 걸로 머리만 거리고

재빨리 건물 사이 사이로 뛰어가면서

어떻게든 비를 피했습니다.

그런데, 비를 맞아도

사람은 멀쩡합니다.

'아니, 이게 뭔 소리야?

당연히 비를 맞는데 멀쩡해야지.

아. 추워서 감기에 걸리거나

산성비를 맞아 탈모가 올 수는 있지만

비 맞는다고 사람이 크게 다칠 일이 없지'

 

하지만 과학적으로 생각해보면

저 먼 하늘에서 비가 떨어지는데

우리가 다치지 않는 게 신기합니다.

F=ma

비 한 방울의 m이 아무리 낮아도

고공 1000m 밖에서 내려오면서

비가 가속을 할텐데

그럼 a의 크기가 미친듯이 커져서

F의 값이 어마어마해집니다.

만약 우리가 학교에서 배운

F=ma대로였다면

우산이고 나발이고 다 뚫리고

건물조차도 총알 맞은 것처럼 송송 뚫릴 것입니다.

그런데 왜 비는 이런 자연의 법칙을 거스르는 걸까요?

 

이유는 종단속도

 

정답은 의외로 간단합니다.

바로 '종단속도'때문이죠.

이 종단속도라는 건

쉽게 말하자면

'속도의 리미트 값'입니다.

물체가 계속 가속을 가하다가

특정 속도로 올라가면

더 이상 속도가 올라가지 않으면서

가속도 이뤄지지 않습니다.

이렇게 종단속도가 가해지는 이유는

'공기의 저항'때문이죠.

같은 질량의 깃털과 쇠구슬이 있다고 가정해보겠습니다.

질량이 같으니 m이 같겠죠.

하지만 두 물체를 떨어뜨리면

쇠구슬이 더 빠르게 지면에 닿을 것입니다.

왜냐하면 깃털은 공기의 저항을 많이 받기 때문이죠.

상대적으로 쇠구슬보다 

깃털의 표면이

공기저항을 많이 받는 편.

깃털의 표면 성분이 공기 저항을 맞이 받으며

표면적도 크기 때문.

그래서 같은 무게라하더라도

종단속도가 다르게 나올 수 있습니다.

네이버에서 가져온

물방울의 종단속도 표 입니다.

크기에 따라 종단속도가 각기 다르다는 걸 볼 수 있죠.

 

바다에서도 비슷하게 종단속도가 있습니다.

바다는 공기대신에

물의 힘인 부력이 작용하죠.

그래서 물체가 수중에 낙하를 하면

일정속도가 되면 부력의 영향을 받아

더이상 낙하속도가 더 올라가지 않습니다.

 

종단속도를 이용한 물건

종단속도를 이용한 물건으로

대표적인 것이 바로 낙하산입니다.

전투기 비행사들이 비상상태가 될 때

비행기에서 탈출하여

긴급하게 낙하산을 펼칩니다.

낙하산은 낙하하는 물체의

공기저항을 더 크게 만듭니다.

그래서 원래라면 그대로 낙하하다가

추락사할 상황인데

낙하산 덕분에 느릿느릿 내려오게 되면서

사람이 무사히 살 수 있죠.

 

뉴턴이 만유인력을 발견한 건

우연히 떨어지는 사과를 머리로 맞은

단순한 사건입니다.

종단속도를 사람들이 알게 된 건

일상적으로 떨어지는 비를 맞은

단순한 사건입니다.

하지만 이 단순한 사건으로 큰 깨달음을 얻어

인류의 지식을 한층 더 넓혔습니다.