기차에 숨겨진 과학 - 왜 안전벨트가 없고 자갈을 깔까?
기차는 단순히 교통수단 중 하나인 우리의 탈것을 넘어, 아련한 추억을 떠올리게도 합니다. 이번 글에서는 우리가 몰랐던 기차에 숨겨져 있는 과학 이야기에 대해 알아보도록 하겠습니다. 기차에 안전벨트가 없는 이유 자동차는 물론이고 비행기까지 안전을 위해 안전벨트를 반드시 착용해야 합니다. 자동차를 타고도 안전벨트를 착용하지 않을 경우에는 교통법규 위반으로 과태료를 물게 되어 있습니다. 그런데 이상하게도 기차의 실내 좌석에는 안전벨트가 없습니다. 저속으로 달리는 일반 기차는 물론이고 초고속 KTX나 SRT 열차에도 실내 좌석에 안전벨트가 없습니다. 여기에는 우리가 몰랐던 숨겨진 과학적 이유가 있습니다. 기차의 안전벨트는 사고 발생 시 승객의 안전을 지켜주기보다는 오히려 다치거나 사망할 위험을 증가시킬 가능성이 있기 때문에 모든 기차에 안전벨트를 장착하지 않는 것입니다. 그 이유는 역학적 물리 법칙으로 설명할 수 있는데, 정리하면 다음과 같습니다. 사고 시의 속도 변화 모든 물리적 충돌 시의 충격량은 단위 시간 동안 발생한 운동량의 변화로 구할 수 있습니다. 이것을 수식으로 나타내면 다음과 같이 간단하게 표시할 수 있습니다. 충격량 = △P /△t 여기서 t는 시간이고 P는 운동량으로 mv로 나타낼 수 있는데, m은 물체의 질량이고 v는 물체의 속도입니다. 이전 포스팅(맨 아래 링크 참조)에서 자세히 설명하였지만, 두 물체의 충돌 전후 속도는 에너지 보존법칙과 운동량 보존법칙을 통해 구할 수 있습니다. 물체의 무게가 무거울수록 속도 변화가 작고, 무게가 가벼울수록 속도 변화가 크다는 것을 알 수 있습니다. 두 물체의 충돌 후 무거운 물체는 속도 변화가 작아 충돌에 의한 충격량도 작아지게 되는 것입니다. 여기에서 기차에 안전벨트가 없는 첫 번째 이유가 나오는 것입니다. 주로 두껍고 무거운 철로 제작하여 한 량의 무게가 수백 톤에서 수천 톤에 이르는 기차는, 간혹 발생하는 충돌 사고 시에도 속도 변화가 거의 없기 때문에 실내에서 느끼는 충격량이 매우...