넘어지지마, 균형을 이루는 무게 중심

1. 무게 그리고 무게중심

 질량이 있는 모든 물체가 받는 중력의 크기를 무게라고 합니다. 많은 사람들 일상생활에서 물체의 질량과 무게를 혼동하기 쉽습니다. 질량이란 어느 위치에서 측정해도 변하지 않는 고유한 양이지만, 무게는 질량과는 다르게  고유한 양이 아니여서 위치에 따라 변할 수 있습니다. 예를 들면 똑같은 물체를 지구와 달에 두었을 때를 비교해 보면, 물체의 질량은 지구와 달에서 변함없이 일정하지만, 달의 중력가속도는 지구의 약 6분의 1 이여서, 달에서 물체의 무게는 지구에 있을 떄의 약 6분의 1 밖에 되지 않습니다.

 

 무게 중심이란  물체의 무게가 어느 한쪽으로 기울어지지 않고 평형을 이루는 균형점이라고 할 수 있습니다. 쉽게 일상생활에서 예를 들면 돌탑쌓기, 손가락을 이용하여 책 돌리기, 숟가락이나 연필을 손가락 하나로 넘어지지 않게 들기, 오뚝이 장난 등이 있습니다. 큰 바위가 높은 곳에서 굴러 떨어지지 않고 아슬아슬하게 한 쪽 모서리로 서 있는 경우를 볼 수 있는데 바위가 한 쪽 모서리로 무게 중심 즉 '균형'을 잡고 있기 때문입니다. 이처럼 물체에 무게 중심이나 무게중심을 지나는 선을 받치게 되면 물체는 균형을 잡고 넘어지지 않게 됩니다. 삼각형 같은 평면도형은 물론이고 세상 모든 사물에는 무게중심이 있습니다. 

무게중심으로 균형을 맞춰 아슬아슬하게 쌓여있는 돌

2. 동물과 사람의 무게중심

 척추동물에서 꼬리는 흔히 볼 수 있습니다. 꼬리는 척추와 연결되어 몸의 뒤쪽에 위치합니다. 꼬리는 다양한 역할을 하는데  적을 공격하거나 자신을 보호는데 사용됩니다. 또  몸의 온도를 조절하는데도 도움이 됩니다. 예를 들면 겨울에는 꼬리를 몸에 감아 따뜻하게 할 수 있고, 더운 지역에 사는 동물들은 꼬리로 열을 배출하여 온도를 조절할 수 있습니다. 꼬리는 무게중심을 조절하고, 빠르게 이동 중에 방향을 바꾸는 것을 돕습니다. 예를 들면 호랑이나 치타 같은 사나운 맹수들은 먹이를 사냥할 때 달리다가 긴 꼬리를 이용하여 넘어지지 않고 쉽게 방향을 바꿀 수 있습니다. 고양이와 원숭이는 높은 곳에서 꼬리를 움직여 무게중심을 잡습니다.

우리는 오리를 보며 뒤뚱뒤뚱 걷는 다고 표현합니다. 오리는 둥근 체형과 짧은 다리로 물에서 헤엄 칠때 이득이지만  땅에서 걸을 때 균형을 잘 잡지 못해  다리를 올리면 무게 중심이 한쪽으로 이동하면서 뒤뚱뒤뚱 걷는 모습을 보입니다. 

 

사람의 무게 중심은 서 있을 때 배꼽쯤에 위치합니다. 두 손을 높이 들면 무게 중심이 살짝 위쪽으로 올라가고, 허리를 굽히면 무게 중심이 앞으로 나아갑니다. 넘어지 않게 무게 중심을 이동시키는 것입니다. 성인 여자는 무게 중심이 배꼽보다 아래 쪽 골반에 위치하고, 남자의 무게중심을 여자 보다 위쪽인 배꼽 위 가슴에 위치합니다. 남녀의 무게중심 위치의 차이는어떠한 동작으로 확인할 수 있습니다. 무릎을 꿇고 기도 자세를 취한 후, 몸을 숙이고 양팔을 바닥에 붙입니다. 턱을 집게손가락 부근에 위치시키고 얼굴을 고정한 후 양손을 등 뒤로 빼면 여성분들은 쉽게 성공하지만 남성분들은 머리를 '쿵~'하고 부딪히게 됩니다. 남성은 무게중심이 신체 위쪽에 있기 떄문에 자세를 취하면 머리 쪽으로 중심이 쏠리면서 넘어지게 되는 것입니다. 

 

3. 피사의 사탑과 무게중심

 피사의 사탑은 이탈리아를 상징하는 세계적인 건물입니다. 피사의 사탑이 기울어진 이유는 연약 지반 때문입니다. 시공 당시는 지반을 조사할 만한 기술이 없는 15세기 였습니다. 이에 수백 톤이 넘는 건물을 견디지 못하고 지반이 침하되며 건물이 약 5,5도가 기울어졌습니다. 그러나 놀랍게도 기울어진 상태로 네 차례의 강한 지진을 견뎌냈습니다. 아이러니 하게도 피사의 사탑을 기울어뜨린 원인인 연약지반이 지진의 충격을 흡수했던 것입니다. 

 그렇다면 피사의 사탑이 기울어진 상태로 아직까지 무너지지 않는 이유는 무엇일까요? 그것은 바로 무게중심에 있습니다 무게 중심을 건문 내부에 유지하는 보강 공사를 하면서 무너지않고 기울어진 상태를 유지하게 됩니다.

4. 운송수단의 무게중심

배, 비행기 처럼 사람과 화물을 나르는 운송수단은 균형을 잡는 것이 중요하기 떄문에 전체의 무게중심을 출발전에 계산하여 자리를 배치합니다. 그리고 만약 무게중심이 맞지 않는다면 화물들을 옮겨 무게중심을 맟춥니다. 무게 중심이 맞지 않고 는 다면 비행중에 돌풍을 만났을 때 조정하기 어려워 사고가 발생할 위험이 높아집니다.