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[STEEL Talk 16] 스릴 만점 놀이기구들은 왜 다 철로 만들었어요?

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

상상만 해도 입가에 미소가 번지는 곳, 놀이공원! 친구, 가족들과 함께 맛있는 것도 먹고, 사진도 찍고 즐거운 추억을 만들기에 안성맞춤인 곳이죠. 놀이공원에 있는 놀이기구들은 대부분 스틸로 만들어졌어요. 특히 위에서 한번에 훅하고 떨어지는 드롭 타워, 빠른 속도로 움직이는 롤러코스터처럼 스릴 넘치는 놀이기구에는 스틸이 꼭 사용되었는데요. 놀이기구에 숨겨진 다양한 스틸의 이야기를 지금부터 소개해 드릴게요.


l 스릴 만점 놀이기구에 꼭 필요한 안전!

스릴 만점 놀이기구들은 보기만 해도 짜릿한 기분이 들죠! 놀이기구는 사람이 타는 기구인 만큼 안전해야 하고 단단하지만, 상황에 따라 유연하게 작동되며, 변하지 않고 오래 사용할 수 있는 소재로 만들어야 해요. 이를 모두 만족하는 소재가 바로 ‘스틸’입니다. 그 이유를 함께 살펴볼까요?

l 롤러코스터, 강철 튜브 레일에서 안전하고 신나게!

롤러코스터의 시초가 나무로 만든 석탄차라는 사실을 알고 계시나요? 롤러코스터가 나무차에서 지금의 강철차가 되기 까지 또 하나의 숨겨진 철의 비밀이 있어요.

놀이공원의 필수 코스로 손꼽히는 롤러코스터는 독일의 바바리안 지역에서 탄광을 운반하는 열차에서 유래된 것인데요. 나무로 만든 광차(광산에서 광석을 실어 나르는 뚜껑 없는 화차)에 석탄을 싣고 높은 곳에서 낮은 곳으로 운반할 때, 사람들이 함께 타 보니 스트레스가 해소된다는 것을 발견한 것이죠. 이를 1851년 영국 런던에서 열린 ‘만국박람회’에 선보이면서 롤러코스터라는 개념이 등장하게 됐어요.

그런데 만국박람회에서 사람들에게 소개된 나무로 만든 롤러코스터는 자외선 등에 노출되면서 뒤틀림 현상과 재질이 부식되는 단점이 있었어요. 이런 이유로 스틸로 만든 근대식 롤러코스터가 탄생하게 되었습니다.

이후 제철산업이 발전하면서 1884년, 라 마르쿠스 톰슨(La Marcus Thompson)이 뉴욕에 최초로 근대적인 의미의 롤러코스터라고 할 수 있는 ‘그래비티 플레저 스위치백 레일웨이’를 설치했습니다. 미국 최초의 이 롤러코스터는 뉴욕의 테마파크인 코니아일랜드(Coni Island)에서 큰 인기를 끌었고, 1920년대 미국 전역에 약 2,000여 개의 롤러코스터가 설치될 정도였어요.

하지만 1929년 대공황과 두 번에 걸친 세계대전, TV와 영화 등 새로운 엔터테인먼트 산업의 등장으로 롤러코스터의 인기가 급감하기 시작했어요. 2,000여 개에 육박했던 미국의 롤러코스터 숫자는 1970년 172개로 축소될 만큼 사양기를 맞기도 했는데요. 현대의 철강 기술의 발달로 높이, 속도, 안정성이 월등한 강철 튜브 소재 레일의 롤러코스터가 등장하면서 전성기를 다시 맞게 되었어요.

지난 STEEL Talk 3편에서 스틸에 들어있는 탄소(C) 함유량이 왜 중요한지 배웠는데요. 스틸에 탄소의 함유량이 많아지면 경도(압력에 대한 저항력)가 높아지고 강해지지만, 부서지기 쉽고 늘어나는 성질은 줄어들어요. 반대로 철에 탄소 함유량이 적을수록 유연하고 늘어나는 성질이 커지고요. 그 때문에 스틸이 사용되는 곳에 맞게 탄소로 제품의 경도를 조절하거나, 다른 원소들을 함께 넣어 특성을 부여하는 것이 중요해요. 바로 이런 유연한 성질 덕분에 스틸의 종류는 더욱 다양해지고, 성능은 날로 좋아지고 있어요.

▲source: World Steel Association (worldsteel)

그 덕에 스틸은 까다로운 공학 기술이 필요한 롤러코스터 설계에서 제 몫을 톡톡히 하고 있습니다. 건설 구조용 스틸, 특수 스틸 등의 다양한 고성능 스틸이 롤러코스터에 사용되고 있는데요. 위에 있는 worldsteel의 영상을 보면 잘 이해할 수 있을 거예요.(영어로 만들어진 영상이지만, 번역 자막을 켜고 감상해볼까요? ^^)

특정 유형의 롤러코스터에 사용되는 목재를 제외하고는 롤러코스터 제작에 있어서 스틸을 대체할 수 있는 소재는 없어요. 튼튼한 구조로 제작할 수 있고, 기계 부품 강도 저하 등을 고려했을 때, 스틸은 앞으로도 쭉~ 사랑받는 소재가 될 거예요.

l 드롭 타워(자이로드롭) 의자 뒤에 자석이?

드롭 타워(Drop Tower)는 우리에게 롯데월드 자이로드롭으로 익숙하죠? 이 자이로드롭은 극강의 스릴을 맛볼 수 있는 놀이기구로, 1998년 첫 등장 이후 국내 최고의 인기를 누리고 있는데요. 이 자이로드롭에 철의 ‘자성’과 관련된 재미있는 원리가 숨어 있어요.

자이로드롭을 타본 사람이라면, 꼭대기에 올라간 후 언제 떨어질지 모를 긴장감과 불안감에 초조했던 경험이 있을 거예요. 그런데 초조함도 잠시, 갑자기 낙하할 때의 스릴과 땅에 도착했다는 안도감이 불과 몇 초 사이에 일어나죠! 바로 그 짜릿함 때문에 자이로드롭이 많은 사람들에게 사랑받는 놀이기구일 텐데요. 자이로드롭이 땅에 안전하게 착지할 수 있는 이유는 바로 철의 ‘자성’ 덕분이에요.

자석의 N극과 S극 사이에 금속을 넣으면 순간적으로 전류가 흐르면서 금속은 자석의 성질, 즉 자성을 띠게 되는데요. 이때 이 금속 주위로 자기장이 생기게 되고, 금속의 자기장과 자석의 자기장은 서로 밀어내려는 성질, 즉 반발력을 갖게 됩니다. 자이로드롭은 바로 이 반발력을 브레이크로 활용하는 거예요.

놀이기구에 탄 사람들의 안전이 제일 중요하기 때문에, 자이로드롭의 브레이크는 혹시 놀이공원이 갑자기 정전이 되어도 꼭 작동해야 해요. 그리고 자이로드롭은 빠른 속도로 떨어지기 때문에 마찰력을 이용한 브레이크는 부품이 마모되거나 오래 사용하면 파손될 우려가 있어요. 그럼 어떤 브레이크를 써야 안전할까요?

자이로드롭의 의자 뒤에는 12개의 말굽 모양의 자석이, 중앙 타워 기둥에는 12개의 금속판이 각각 설치되어 있는데요. 약 70m 꼭대기에 도달한 의자가 빠르게 낙하할 때 의자 뒤에 붙어있는 자석이 지상 25m 높이에 다다르면, 타워 기둥에 설치된 금속판과 만나게 됩니다. 이때 타워 기둥에 있는 금속에 순간적으로 전류가 흐르면서 금속은 자성을 띄게 되고, 의자의 자석과 금속 사이에는 서로 밀어내는 강한 반발력이 생기게 됩니다. 이 반발력에 의해 자이로드롭은 외부의 힘이나 물리적 접촉이 없어도 멈추게 되는 거랍니다! 정말 신기하죠?


놀이기구의 생명은 무엇보다 안전이에요. 그 안전을 책임지는 소재가 바로 ‘스틸’이죠. 철이 없었다면 재밌는 놀이기구도, 가족들과 나들이 가는 놀이동산도 이 세상에 없었을 거예요. 안전하고, 오래 탈 수 있고, 설치도 간편한 스틸로 만든 놀이기구는 앞으로도 계속 우리에게 즐거움과 재미를 제공할 텐데요. 과학적인 원리를 함께 생각해보면서 즐겨본다면 어떨까요? 그럼, 다음 번에도 재미있는 이야기를 들고 찾아올게요. 또 만나요~!