생체모방공학의 실례

새를 모방한 비행기(2)

영국의 유명한 목회자요 신학자인 존 스타트(John R. Stott)목사는 전 세계를 여행하면서 약 2500 종류의 새를 관찰하며 새를 통해서 많은 교훈을 배우고 <새>라는 책 (부제; 우리들의 선생님)을 저술하였는데 (우리나라에도 이미 번역, 출간) 그는 그의 책에서 “예수님은 산상수훈에서 새를 관찰하라고 말씀하신다. 마태6:26의 흠정역은 ‘공중의 새를 눈여겨보라’고 되어 있다. 예수님은 우리가 새들을 그냥 쳐다보는 것을 원치 않으신다. ‘여호와의 행사가 크시니 이를 즐거워하는 자가 다 연구하는 도다’(시111:2) 여기서 여호와의 행사는 <창조사역>과 <구속사역>을 언급하는 것이므로 이는 <자연공부>와 <성경공부>를 병행해야 한다는 의미 같다.

현재 많은 그리스도인이 훌륭한 구속교리를 믿고 있다. 그러나 창조에 대해서는 좀 더 나은 교리가 필요하다는 생각이 든다. 우리는 자연사중 최소한 한 분야를 깊이 파고들어야  할 것이다.” 라고 하였다. 사실 그동안 우리는 성경(특별계시)공부에는 많은 관심을 가지고 연구하고 있지만 자연(자연계시, 일반계시)공부에는 별로 관심을 갖지 아니하였음이 사실이다. 그러나 천문학자 갈릴레이가 주장한 바와 같이 하나님이 주신 두 권의 책이 <성경책>과 <자연책>임을 깨닫고 이제라도 자연공부 즉 자연을 연구하며 배워야 한다. (롬1:20) 마틴 루터도 산상수훈 강해에서 ‘보시다시피 예수님은 새를 우리의 선생님으로 삼으신다. 복음서에 나오듯이 아무 짝에도 쓸모없어 보이는 참새 한 마리가 제일 똑똑하다는 인간에게 신학자요 설교자가 된다는 것은 우리에게 커다란 수치다.’ 라고 하였다. 우리가 별로 관심을 두지 않는 그 흔히 보는 새가 사실은 창조주 하나님이 만든 첨단 비행기라는 사실을 알 때 우리는 새를 다시 쳐다보게 되고 새를 만드신 하나님을 찬양할 수 있게 된다.

사람들은 하늘을 나는 비행기를 볼 때 저 크고 무거운 쇠 덩어리가 어떻게 저렇게 하늘을 날을 수 있단 말인가! 하고 감탄을 할 것이다. 정말 우리의 상식으로는 이해가 되지 않는다.  최근에 등장한 보잉 747 비행기는 무려 524명이 탈수 있다고 하니 그 동체의 무게가 얼마나 되겠는가? 그 무거운 비행기가 어떻게 하늘로 차고 올라가서 고도를 유지하며 비행을 한단 말인가! 정말 놀라지 않을 수 없다. 그러나 모든 것에는 가능한 원리가 있는 법, 비행기 역시 하늘을 나는 비행원리가 있으며, 그 원리를 따르면 얼마든지 날 수가 있는 것이다.

문제는 그 원리를 아는 것이다. 비행기가 하늘을 날기 위해서는 먼저 이륙을 하여야 한다. 즉 그 무거운 비행체를 하늘로 높이 끌어올려야 한다. 그러기 위해서는 힘이 있어야 하는데 비행기는 대략 세 가지 원리를 이용해 날개를 들어 올리는 힘을 얻는다. (이 힘을  양력(揚力)이라고 한다)  <베르누이의 정리>, <코안더 효과>, <앙각>이 바로 그것이다. 18세기 스위스의 과학자인 다니엘 베르누이는 물이나 공기 같은 유체가 흐를 때 유체의 속력이 빨라지면 압력이 감소하는 현상을 발견하였다. 비행기는 날개의 윗면을 둥그스름하게, 아래 면은 평평하게 만들어 이 현상을 이용한다. 날개 앞쪽에서 위 아래로 갈라진 공기가 뒤에서 다시 만나려면 윗면으로 흐르는 공기가 더 빨리 움직여야 한다.

이로 인해 윗면의 공기 압력이 감소해 아래쪽의 고압 공기가 날개를 위로 밀어 올리게 된다. 이 차이는 날개의 주위에서 생기는 <순환>이라는 나선 모양의 공기의 흐름에  날개를 향하여 다가오는  바람의 흐름이 겹쳐 생긴다. 위쪽 면과 아래쪽 면의 공기 흐름의 차이가 크면 클수록 양력은 커지는데, 바로 아래에 지면이 있는 경우  순환은 더욱 강해지므로 더욱 큰 차이가 나게 되고 결과적으로 더욱 큰 양력이 발생한다. 그러나 실제로는 흐르는 유체가 가까운 표면에 달라붙는 현상(코안더 효과)이 더 중요하다. 이 효과 때문에 공기가 날개 윗면의 둥그스름한 표면을 따라 흐르다 날개 뒤쪽 끝에서 비스듬히 아래쪽으로 밀려나게 되는데 이때의 반동으로 비행기가 위로 떠오르게 된다. 이 밖에 날개가 지면과 평행하지 않고 약간 기울어져 있는 앙각(仰角)도 중요한 역할을 한다. 선풍기 앞에 부채를 비스듬히 가져갈 때 이 부채가 떠오르는 것처럼 날개도 비스듬히 붙어있기 때문에 아래쪽으로 흐르는 공기가 비행기를 밀어 올리는 것이다. 그런데 놀라운 사실은 새는 이 비행원리를 완벽하게 이용하고 있다는 것이다. 새를 만드신 하나님을 어찌 찬양하지 않을 수 있으랴!

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