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2022.06롤러코스터의 아찔한 비밀

등록일 : 2022-06-23

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6월의 테마 | 롤러코스터의 아찔한 비밀

레일을 따라 위태롭게 하늘로 올라가는 롤러코스터. 이내 땅을 향해 빠른 속도로 떨어지더니 360도 회전하며 출발지로 돌진합니다. 곡선과 직선, 기이한 회전 코스로 놀이공원 방문객들의 시선을 한눈에 사로잡는 롤러코스터. 그 안에는 어떤 비밀이 숨겨져 있을까요?

높이가 만드는 무동력 스피드

롤러코스터를 타는 모습을 상상해 봅시다. 열차는 출발과 함께 가장 높은 지점을 향해 올라갑니다. 여기서 롤러코스터의 위치 에너지는 최대가 되고, 최고점에 다다른 열차는 이내 땅을 향해 곤두박질칩니다. 이 과정에서 위치 에너지는 운동 에너지로 전환되며 속도는 점점 빨라집니다.

위, 아래가 교차되는 코스를 따라 이동하면서 롤러코스터의 위치 에너지와 운동 에너지는 전환을 반복하고, 그 힘으로 엔진 동력 없이도 멈추지 않고 이동할 수 있게 됩니다.

가장 큰 위치 에너지를 갖는 롤러코스터는?

세계에서 가장 높은 롤러코스터는 미국의 ‘킹다 카(Kingda ka)’로, 아파트 45층 높이(139m)에 달하는 아찔한 낙하 구간을 자랑합니다. 수직 상승 구간을 회전하며 올라갔다 떨어지는 단순한 코스지만 압도적인 높이와 속도감으로 인해 세계에서 가장 무서운 롤러코스터로 꼽힙니다. 한편 한국의 가장 높은 롤러코스터는 경주 월드의 ‘드라켄’입니다. 63m의 수직 낙하 코스를 가진 드라켄은 최고 속도 117km/h로 질주하며 탑승객들에게 즐거움을 선사합니다.

구심력과 원심력의 마법

롤러코스터가 레일을 타고 360도로 회전할 때 우리는 열차 바깥으로 튕겨져 나갈 것 같은 느낌을 받습니다. 롤러코스터의 원운동으로 인해 원심력이 작용하기 때문입니다. 그런데 롤러코스터의 꼭대기에 거꾸로 매달려 있어도 사람들은 아래로 떨어지지 않습니다. 같은 크기의 중력과 구심력이 원심력과 반대 방향으로 작용해 힘의 평형을 이룬 덕분입니다.

롤러코스터의 회전 트랙, 정확히 말하면 ‘원’이 아니라고?

롤러코스터의 회전 트랙은 뒤집어진 물방울 모양에 가깝습니다. 이는 탑승객의 신체적 부담감을 줄이고 안정성을 높이기 위한 방법입니다. 회전 트랙을 빠른 속도로 돌게 되면, 코스의 제일 높은 곳에 거꾸로 매달린 승객들은 엄청난 중력을 목의 힘으로 버텨야 합니다. 이는 안전사고에 대한 위험으로 이어질 수 있어 오늘날의 회전 트랙은 위로 갈수록 곡선의 반경이 줄어드는 형태로 설계되고 있습니다.

가속도, 스릴의 정점을 찍다

롤러코스터의 스릴은 가속도에 의해 결정됩니다. 최고 시속 100km 정도의 롤러코스터가 3배 이상 빠른 KTX보다 스릴 있게 느껴지는 건, 사람이 정확한 속도가 아닌 속도가 얼마나 빨라지고 있는지를 느끼기 때문입니다. 열차를 탄 사람들이 창문 밖으로 스쳐 지나가는 풍경을 보고 열차의 속도를 가늠하는 것처럼 말이죠. 평균 속도는 열차보다 느리지만 롤러코스터는 더 짧은 시간에 급격하게 속도가 빨라지기 때문에 스릴감을 느낄 수 있는 것입니다.

맨 앞 vs 맨 뒤, 가장 스릴 넘치는 자리는?

롤러코스터의 재미를 최대로 느낄 수 있는 자리는 맨 뒷좌석입니다. 롤러코스터는 열차의 중간 부분이 레일의 최고점을 지날 때부터 급격하게 빨라집니다. 이 순간 앞 좌석은 이미 내려가고 있기 때문에 상대적으로 더디게 나아갑니다. 반면 맨 뒷좌석이 가장 높은 지점을 지나는 순간은 이미 속도가 붙은 뒤입니다. 즉 뒷좌석은 앞 좌석보다 가속도 구간이 훨씬 길어지는 것이죠.

곡선 코스 설계의 비밀

롤러코스터의 코스 설계 속에도 놀이 기구의 재미를 극대화하기 위한 비밀이 있습니다. 바로 사이클로이드 곡선인데요. 사이클로이드는 낙하하는 물체가 도착 지점까지 도달하는 데 걸리는 시간이 다른 어떤 궤적보다 짧은 것이 특징입니다. 같은 높이의 직선과 곡선 코스에서 물체를 떨어뜨렸을 때, 거리가 짧은 직선 코스에서 물체가 더 빨리 떨어질 것 같지만 실제로는 경로를 타고 내려가며 붙는 가속도로 인해 곡선에서 속도가 더 빠릅니다. 이러한 원리로 롤러코스터의 곡선 코스에서 더 짜릿한 속도감을 느낄 수 있습니다.

롤러코스터 설계의 1인자는?

스위스의 놀이 기구 전문 기업 ‘인타민(Intamin)’은 1995년부터 20여 년간 19개의 기네스 신기록을 가진 놀이 기구들을 제작했습니다. 출발 4.9초 만에 최고 시속 240km에 도달하는 ‘포뮬러 로사’가 대표적입니다. 인타민이 2010년 제작한 이 놀이 기구는 아직까지도 세계에서 가장 빠른 롤러코스터로 기록되고 있습니다. 세계 최고의 낙하 높이를 자랑하는 킹다 카 역시 인타민이 2005년에 만든 놀이 기구입니다. 이외에도 인타민은 100m 높이에서 자유 낙하하는 자이언트 드롭, 초거대 대관람차 등을 최초 제작해 유행을 선도하는 놀이 기구 제작사로 인기를 끌고 있습니다.

카드 뉴스

이달의 테마를 쉽고 재미있게 담아낸 카드 뉴스로 특별한 수업을 열어 보세요.

  • 테마웹진 6월호 롤러코스터의 아찔한 비밀
  • 놀이공원 방문객의 시선을 사로잡는 롤러코스터
  • quiz.아파트 45층 높이에서 한 번에 떨어지는 롤러코스터가 있다?
  • 아찔함 너머에 숨겨진 롤러코스터의 진실

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