/김 향 숙 인제대 교수 창의력교육센터장



결실의 풍족함과 눈이 시리게 아름다운 단풍이 어울리는 11월의 시작. '창의'가 놀이동산에 놀러 갔다. 신나게 롤러코스터도 타면서 하루를 보냈다. 그런데 창의는 롤러코스터가 어떤 곳에서는 빠르게 움직이고,또 다른 곳에서는 느리게 움직이는 것을 느꼈다. 롤러코스터의 속도는 왜 장소(위치)마다 달라질까?<그림>

롤러코스터는 궤도에서 가장 높은 위치까지 기계의 힘을 빌려 끌어올려진 후,동력 없이 가파른 궤도를 오르내리거나 공중에서 회전하면서 신나게 달린다. 그렇다면 우리가 롤러코스터를 탈 때 어떠한 구간에서는 빠르게 움직이고 어떠한 구간에서는 느리게 움직이는 현상을 어떻게 설명할 수 있을까? 롤러코스터 위 어떤 위치에서의 열차의 위치에너지와 운동에너지를 살펴보면,위치에너지의 크기는 지상에서 궤도에 놓인 열차까지의 높이이고 운동에너지는 열차가 처음 출발한 위치에서 현재 위치한 열차와의 거리 차로 결정된다. 이런 위치에너지와 운동에너지는 매순간마다 변하는데 열차가 내려갈 때는 위치에너지가 운동에너지로 전환이 되면서 열차의 속도가 빨라지고,열차가 올라갈 때는 운동에너지가 위치에너지로 바뀌면서 열차의 속도는 느려지게 된다. 이러한 현상을 역학적 에너지의 전환이라 하며,역학적 에너지는 항상 일정하다. 롤러코스터가 움직이는 원리는 열차의 위치에너지와 운동에너지의 전환 즉 역학적 에너지의 전환으로 움직인다. 따라서 만약 열차가 출발하는 위치보다 더 높은 구간이 있다면 열차는 이 구간을 넘지 못하게 된다. 왜냐하면 열차가 가진 초기 위치에너지보다 더 큰 에너지가 필요하기 때문이다.

창의는 롤러코스터와 같이 역학적 에너지가 적용되는 또 다른 현상에 대해 궁금해졌고,지구 공전에서 속도가 제일 빠른 곳을 생각해 보았다. 태양의 주위를 타원궤도를 그리며 공전하는 지구는 태양과 가장 가까운 거리에 위치한 곳에서 위치에너지가 가장 작으며,따라서 이곳에서 지구의 운동에너지가 가장 크므로,이때 공전속도가 가장 빨라진다. 창의는 눈을 감고 지구의 타원궤도에 몸을 싣고 롤러코스터를 타는 즐거움을 만끽해본다.

입력시간: 2006. 11.03. 10:20