물수제비 뜨기

어릴 적부터 강가에 나가면

사내아이들은 강가에서 주운 앏은 자갈을 강물로 비스듬히 던져서

물수제비를 뜨면서 서로 많이 물수제비를 뜰 수 있다고 하면서 내기도 하고 자랑도 하였다.

물수제비를 뜨는 시합은 아버지 삼촌 조카 아들 친구 등,

남자라면 노소를 불문하고 자연스럽게 함께 즐길 수 있었던 놀이였다.

 

요령을 알지 못하면

물수제비를 하나도 뜨지 못한다.

 

요령을 알면서 여러번 연습을 한 사람은 3번 ~ 7번까지 물수제비를 뜨는 것을 본 적도 있다.

 

난 요령도 알고 납작한 돌도 잘 골라서 던졌는데 기껏해야 세번 물수제비를 뜨는 것으로 만족해야 했다.

 

소설 공무도하(김훈)를 요사이 읽다가 물수제비 이야기가 나와서 생각이 나 글을 쓴다. 

예전에 물수제비를 잘 뜨려면

물수제비를 잘 뜨는 사람에게 물어보아야 하는데

물수제비를 잘 뜨는 사람이 자신은 잘 뜨면서 가르쳐주지를 못해서

대부분 시행착오법으로 여러차례 돌을 골라서 이리저리 던져보아야 약간씩 그 원리를 터득할 수 있었다.

 

그런데 요즘에는 물수제비를 잘 뜨려면 하고 인터넷에서 검색을 하면 아래 글이 나와서

물수제비를 잘 뜰 수 있는 요령과 원리를 알려주니 참 좋은 세상이다.

어떤 일이던 관심을 가지고 부지런하면 인터넷에서 모든 것을 대부분 다 얻을 수 있는 세상이 되었다.

 

 

(세계에서 가장 많이 물수제비를 뜬 기록은)

 

지금까지 최고 기록은 38번 입니다.

 

1992년 미국 텍사스주의 블랑코 강변. 한 사내가 조용히 팔을 올렸다가 이내 힘차게 휘저었다. 순간 손에선 작은 돌이 튀어나가 수면을 박차기 시작했다. 한번, 두번, 세번…. 돌이 물 속으로 빠진 뒤 숨죽이고 있던 관중들이 일제히 환호성을 질렀다. 도대체 몇번이나 튄 것일까. 비디오 판독 결과 돌은 정확히 38번을 튄 것으로 밝혀졌다. 이로써 미국의 유전 탐사 엔지니어인 맥기는 물수제비 세계 신기록을 세웠다.

미국에선 매년 이런 물수제비 대회가 개최된다. 언뜻 보기에 쉽겠지만 초보자로선 맥기를 따라잡기는커녕 한번 이상 튕기게 하기도 어렵다. 이런 사람들을 위해 물리학자가 나섰다. 최근 프랑스의 연구팀이 밝혀낸 바에 따르면 물수제비의 핵심은 돌이 수면을 치는 각도에 있었다. 그 ‘마법의 각도’는 바로 20。였다.

 

물수제비 뜨는 기계

프랑스의 물리학자 클라네 박사는 실험을 통해 물수제비를 뜰때 돌을 던지는 최적 각도를 찾아냈다. 사진은 클라네 박사가 마르세유 해변에서 물수제비를 뜨는 장면.

프랑스 마르세유 비평형현상연구소의 크리스토프 클라네 박사와 리옹대의 리데릭 보케 교수 연구팀은 알루미늄 원반을 지름 2m 연못에 자동 발사하는 물팔매 장치를 만들었다. 그리고 1백분의 1초 이하의 순간을 잡아내는 고속 비디오카메라로 원반이 수면에 부딪치는 순간을 촬영했다.

그 결과 알루미늄 원반이 물에 빠지지 않고 최대한 많이 수면을 튕겨가게 하려면 원반과 수면의 각도를 20。에 맞춰야 한다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 1월 1일자 ‘네이처’에 발표한 논문에서

“마법의 각도인 20。로 지름 5cm의 둥글고 납작한 돌을 초속 2.5m 이상으로 던져야 돌이 물에 잘 빠지지 않는다”고 설명했다.

클라네 박사의 실험에서 20°보다 낮은 각도로 던져진 돌은 일단 수면에서 튕겨가기는 하지만 그 다음엔 수면에 맞붙어 밀려가면서 운동에너지를 모두 잃어버리고 물에 빠졌다. 돌이 수면과 부딪히는 각도가 45°보다 크게 되면 곧바로 물에 빠져 들어갔다.

물수제비는 고대 그리스 이래 지금까지 수천년간 이어져오고 있는 경기다. 역사가 오래된 만큼 물수제비를 잘 뜨게 하는 비법에 대한 설도 구구하다. 네모난 돌보다는 삼각형이 낫다든지, 돌을 던지지 않는 손에도 돌을 쥐고 있어야 균형을 잡을 수 있다는 설 등이 대표적이다. 그러나 과학자들에게 물수제비는 회전하는 물체가 중력을 이기고 유체를 치고 나가는 역학문제를 푸는 것이었다.

물수제비에 대한 과학적 연구는 1968년 미국 애머스트대 화학과에 다니던 크리스턴 코스에 의해 시작됐다. 코스는 던진 돌이 모래를 칠 때와 담요가 깔린 책상 위를 칠 때, 그리고 물을 치고 나갈 때를 사진으로 찍어 비교했다. 그 결과 모래나 책상 위에 던진 돌은 뒷부분이 먼저 바닥에 닿았다가 다시 고개를 숙이듯 앞부분이 부딪힌 뒤 튕겨나가는 것으로 확인됐다. 이에 비해 물에 부딪힌 돌은 계속 뒷부분이 물을 치고 나갔다. 이때 수면과 들려져 있는 돌의 앞부분은 75°의 각도를 이뤘다.

두번째 연구는 30년이 지나서 이뤄졌다. 2002년 보케 교수는 ‘아메리칸 저널 오브 피직스’에 물수제비에 대한 수학적 연구결과를 발표했다. 그가 밝힌 공식에 따르면 물수제비 회수는 돌의 속도가 빠를수록 증가하며, 최소 한번 이상 튀게 하려면 시속 1km는 돼야 한다. 네이처에 발표된 논문에서 제시된 최적 속도 초속 2.5m를 시속으로 따지면 9km가 된다. 그렇다면 물수제비의 최소 조건은 시속 1km이고 최적 조건은 9km로 볼 수 있다.

속도와 각도 다음으로 중요한 것은 수평으로 걸어준 회전이었다. 보케 교수는 “돌에 회전을 걸어주면 돌고 있는 팽이가 쓰러지지 않고 균형을 잡는 것처럼 공중을 날면서 수평을 유지하게 해준다”고 설명했다. 수평을 유지한 돌은 평평한 쪽이 수면과 부딪히면서 물의 표면장력을 이용해 위로 튕겨갈 수 있다. 계산대로라면 물수제비를 5번 뜨기 위해서는 1초당 다섯번, 15번 뜨기 위해서는 9번의 회전이 필요했다.

지름 10cm의 돌로 세계기록 보유자인 맥기와 같은 기록을 내기 위해서는 시속 40km의 속도와 초당 14번의 회전이 필요한 셈. 보케 교수는 공기의 저항을 줄이기 위해 골프공처럼 돌에 구멍을 내는 것도 도움이 될 것이라고 예측하기도 했다.

 

성층권 비행에도 이용 가능

클라네 박사가 원반이 수면을 튕겨가는 모습을 관찰하고 있다. 실험 결과 20°가 최적 각도이며 45° 이상이 되면 한번도 튀지 못하고 바로 물에 빠졌다.

보케 교수가 물수제비 연구를 하게된 것은 여덟살짜리 아들의 질문에 답하기 위해서였다고 한다. 그러나 이 연구를 진지하게 받아들이는 사람들도 있다.

미국 로렌스 리버모어연구소에서는 물수제비 원리를 이용한 성층권 비행기를 연구하고 있다. 이 비행기는 이륙 후 약 40km 상공의 성층권까지 올라가서 엔진을 끈다. 비행기는 아래로 떨어지다가 밀도가 높은 대기층을 만나면 물수제비처럼 튕겨오르게 된다. 이때 엔진을 점화해 성층권까지 올라갔다가 다시 아래로 떨어지면서 대기층을 튕겨가는 방식을 되풀이한다. 리버모어연구소의 과학자들은 비행기가 이런 식으로 18번의 물수제비를 뜨면 시카고에서 로마까지 72분에 갈 수 있을 것으로 기대하고 있다.

물수제비를 실제로 활용한 예도 있다. 2차대전이 한창이던 1943년, 영국군은 독일 루르지방의 수력발전용 댐을 폭파해 군수산업에 치명타를 가했다. 사실 일반적인 고공 폭격으로는 댐을 정확하게 맞추기 어렵고 저공으로 가자니 폭격기마저 폭발할 위험이 있었다. 또 어뢰를 댐 앞 호수에 발사하자니 기뢰가 막고 있었다. 그래서 영국 공군은 맥주통 모양의 폭탄을 댐 앞 호수에 투하시켜 물수제비를 뜨듯 수면을 4번 튕겨나간 다음 댐 바로 앞에서 폭발하게 했다.