‘둥둥’ 잘 뜰수록 ‘쌩쌩’ 잘 나간다

물 위를 달리는 자전거, 인력선이 여름마다 우리나라를 찾아온 다. 충남대 선박해양공학과는 11~12일 대전 갑천 조정경기장에 서 2006 인력선 축제를 개최한다.   언뜻 보면 자전거처럼 생긴 물건이 물 위를 달리는 모습이 신기 하기만 하다. 인력선이란 모터를 사용하지 않고 인간의 힘으로 만 움직이는 소형 선박을 말한다. 수심이 1ｍ 이상이면 작동 가 능하고, 남녀노소가 쉽고 안전하게 이용할 수 있다. 수질 오염이 나 소음 공해가 없는 환경친화적인 선박으로 젊은층 사이에서 수상 레포츠로도 인기를 끌고 있다.   ◇인력선의 구조=배 위에 자전거 모양의 탈 것이 달려있다고 생 각하면 된다. 구조는 크게 본체, 부양체, 동력전달장치, 조향장 치의 4부분으로 나뉜다.   물 위에서 보면 인력선은 본체와 부양체만 보인다. 본체는 사람 이 앉아 다리로 페달을 돌리는 부분. 프레임, 체인, 기어, 페달, 안장, 핸들 등 가장 많은 부품이 있다. 겉모양은 자전거와 흡사 하다.   부양체는 물 위에 뜨게 하기 위한 부분으로 자전거 밑에 달린 선 체이다. 일반적으로 배를 만드는 방법과 똑같이 만든다. 이 부분 의 설계에 따라 물에 대한 저항이 결정되므로 인력선의 핵심 요 소이다.   인력선의 물 아래에는 프로펠러가 달려 있고 방향을 조정하는 조향장치가 있다. 보통의 선박은 프로펠러 뒤에 조향장치(키)를 달지만 인력선의 경우 조향장치를 앞에 달기도 한다.   ◇인력선의 원리=인력선에 작용하는 힘은 부력, 마찰력, 운동에 너지 등이다. 부력은 물이 떠받치는 힘을 말하는 것으로 선체 아 래에 형성된다. 운동에너지는 사람이 페달을 밟을 때 생기는 힘 이며 마찰력은 배가 앞으로 나갈 때 물과 부딪혀 생기는 힘이다.   인력선은 바다에 떠다니는 배와 달리 엔진이 없다. 엔진의 역할 을 사람이 한다. 사람이 안장에 앉아 페달을 밟으면 물 속의 프 로펠러가 돌며 추진력이 발생, 배가 앞으로 나가게 된다. 일정한 속도로 선체를 들어올린 후 저항이 감소하면 자연히 속도가 증 가한다는 원리이다.   배의 방향 조절은 핸들로 한다. 핸들은 바다 속의 조향장치와 연 결되어 운전자가 원하는 방향으로 인력선의 방향을 바꿀 수 있 다.   요즘은 일반적인 인력선에 날개를 추가한 ‘수중익(水中翼) 시스 템’이 각광을 받고 있다. 수중익 시스템이란 인력선 선체의 앞뒤 에 날개를 달아 비행기처럼 공중에 뜨도록 하는 것이다. 수중익 시스템으로 만든 인력선은 선체의 밑면이 물에 닿지 않는다. 대 신 물 속에서 날개가 움직이며 선체를 들어올린다. 이럴 경우 선 체에 의해 만들어지는 저항이 상당부분 줄어들기 때문에 배의 속도가 획기적으로 빨라지게 된다.   ◇개발 경쟁은 어디까지=인력선은 사람이 낼 수 있는 힘이 정 해져 있기 때문에 무게와 저항을 최소화할 수 있는 설계가 중요 하다. 전국의 조선공학과, 선박해양공학과의 학생들이 직접 만 든 인력선을 타고 경기를 펼치게 된다.   설계의 핵심은 부양체의 무게를 가볍게 하는 것. 과거에는 유리 섬유와 폴리에스테르 수지를 이용해 제작하였으나 요즘은 탄소 섬유와 에폭시 수지를 이용한다. 또 동력전달장치도 중요하다.   사람이 페달을 밟아 생긴 힘이 프로펠러까지 전달되는 과정에서 손실을 최소화하도록 설계를 해야 한다.   “인력선이 보기에는 간단한 것 같지만 배를 만드는 데 필요한 모 든 기술이 총집합된 것”이라면서 “우주비행체에 사용되는 탄소 섬유 등 첨단 소재를 사용하며 거대한 배에는 시도할 수 없는 새 로운 기술을 시험해본다”고 밝혔다.   －비중 작을수록 부력 커져－ 물이 갖고 있는 과학적 성질을 알고 나면 해양 스포츠를 훨씬 더 쉽게 즐길 수 있다. 공기 중에서 팔을 돌리는 것보다 물 속에서 팔을 한바퀴 돌리는 데 더 많은 힘이 든다. 이는 손이 물을 가르 면서 접하는 면에 압력이 작용하기 때문이다. 팔을 손 끝까지 곧 장 뻗어 한바퀴 돌릴 때 각기의 위치에서 손에 대한 물의 압력은 그 손이 나아가는 방향과 같다.   파스칼의 원리에 따르면 물의 압력이 증가하면 물은 각 방면에 서 한결같이 이 압력을 전한다. 수중에 있는 물체는 그것이 배제 되어 있는 물의 무게와 같은 힘으로 위쪽으로 밀어 올려준다. 또 아르키메데스의 원리에 따르면 모든 물체는 수중에서 자신의 무 게보다 가벼워진다.   사람이 수중에 들어가면 그 체용적과 동량의 물 무게에 같은 힘 으로 밀어 올려져 대부분의 사람은 수면에 떠오른다. 공기를 가 슴 가득히 들이마시면 용적이 크기 때문에 그것만으로 밀어올려 지는 힘도 크게 된다. 예를 들어 체중이 70㎏인 사람이 숨을 들 이마시고 물 속에 들어가면 약 73㎏의 물을 배제한다. 따라서 물 속에서는 73㎏의 힘으로 밀어올려진다. 이 때문에 신체의 일부 가 수면 위로 떠오르게 되는 것이다.   화학적으로 볼 때 물의 비중은 1이다. 인체의 비중은 전체적으로 물보다 조금 가볍다. 신체를 구성하고 있는 물질 중에서 비중이 가장 큰 것은 치아(비중 2.24)이고, 가장 작은 것은 지방(비중 0.94)이다. 가슴쪽은 공기가 충만하여 비중이 가볍고 발쪽은 무 겁다. 이 때문에 엎드린 상태로 물에 뜨면 발쪽이 잠기게 된다.   간혹 몸 전체 비중이 0.98보다도 가벼운 사람이 있다. 이런 사람 들은 양손을 머리 위에 뻗치고 손끝부터 발끝까지 신체를 곧게 펴면 편하게 뜰 수 있다. 수영을 배우기도 유리하다.