시속 81km의 캐치!? 키키의 한 팔에 담긴 ‘사랑의 물리학’ (마녀 배달부 키키)
안녕하세요, 사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠!
애니메이션 영화 ‘마녀 배달부 키키’의 클라이맥스, 모두가 숨을 죽이고 지켜봤던 그 명장면을 기억하시나요? 폭주하는 비행선에서 거꾸로 추락하는 톰보를, 빗자루를 탄 키키가 공중에서 간발의 차로 낚아채는 바로 그 순간 말이에요. 조마조마한 마음으로 응원하면서도, 과학을 사랑하는 저는 직업병(?) 때문인지 문득 다른 걱정이 앞섰습니다. “저러다 키키 팔이 뽑혀 나가는 거 아냐!?” 하고 말이죠.
그 감동적인 공중 구출극 이면에는 엄청난 물리 현상이 숨어 있습니다. 시속 80km가 넘는 속도로 떨어지는 사람을 한 팔로 받아내려면 상상을 초월하는 힘이 필요하거든요. 이번에는 스톱워치를 들고 애니메이션 프레임을 하나하나 세어가며, 고등학교 물리 시간에 배운 ‘운동량과 충격량’의 법칙을 활용해 그날의 구출극을 리얼하게 시뮬레이션해 보았습니다. “과연 사랑의 힘은 물리 법칙을 뛰어넘을 수 있을 것인가?” 그 충격적인 결과를 지금 바로 공개합니다!
키키가 톰보를 캐치하는 운명의 순간! 확대해 보면…
톰보의 추락 속도, ‘초’ 단위로 파헤치기!먼저 톰보가 어느 정도의 속도로 떨어지고 있었는지 알아봅시다. 애니메이션을 관찰해 보니 톰보가 밧줄을 놓친 순간부터 키키에게 붙잡히기까지 화면상으로 약 3.5초가 걸렸습니다. 하지만 여기에는 애니메이션 특유의 연출이 섞여 있죠. 중간에 관객들의 얼굴이 클로즈업되거나 슬로 모션으로 바뀌는 장면들 말이에요.
이런 연출 부분(약 1.20초)을 제외하면, 실제 물리적인 낙하 시간은 약 2.30초라고 추측할 수 있습니다. 이제 속도를 계산해 보죠. 중력 가속도를 $g = 9.8\text{ m/s}^2$이라고 할 때, 속도는 $v = gt$라는 공식으로 구할 수 있습니다.
이를 시속으로 환산하면 약 81km/h! 프로야구 투수가 던지는 변화구 정도의 속도로 톰보가 키키의 팔을 향해 돌진해 온 셈입니다.키키의 팔에 가해진 충격은 ‘3,900뉴턴’!?이제 본격적인 물리 이야기인 운동량과 충격량으로 넘어가 봅시다. 키키는 시속 81km로 다가오는 톰보를 낚아채서 순식간에 속도를 0(정지 상태)으로 만들었습니다. 캐치한 순간부터 완전히 멈출 때까지의 시간을 측정해 보니 불과 0.33초! 톰보의 몸무게를 50kg이라고 가정하고, 키키의 팔에 걸린 평균적인 힘을 계산해 보겠습니다.1. 운동량의 변화량 구하기운동량의 변화 = 질량 × 속도의 변화이므로,
2. 힘 구하기 (충격량 공식 활용)
여기에 정지한 후에도 톰보의 무게(중력)를 지탱해야 합니다. 중력 $W = 50 \times 9.8 = 490\text{ N}$. 이를 합산하면 캐치하는 순간 키키의 팔에는 약 3,905N의 힘이 가해졌다는 계산이 나옵니다. 이해하기 쉽게 킬로그램 단위로 바꾸면 무려 약 398kg!키키의 한쪽 팔에 톰보 8명분의 무게가 갑자기 매달린 것이나 다름없습니다.
보통 사람이라면 어깨가 탈구되거나 근육이 버텨내지 못할 수준의 충격입니다. 마녀의 신체 능력, 정말 어마어마하네요…!사실 대걸레를 든 ‘반대쪽 손’이 더 위험하다?더 놀라운 점은 키키의 반대쪽 손입니다. 키키는 한 손으로 톰보를 지탱하면서, 다른 한 손으로는 대걸레를 꽉 쥐고 부력을 유지하고 있죠.대걸레를 쥔 손에는 키키 자신의 몸무게뿐만 아니라 톰보를 지탱하기 위한 반작용까지 더해집니다. 이 절망적인 하중을 견디며 계속 하늘을 날고 있다니… 이건 단순한 근력을 넘어 **”반드시 구하겠다!”는 강한 의지(마력)**가 물리 법칙의 한계를 넓혔다고밖에 볼 수 없습니다. 그 장면이 우리 마음을 울리는 이유는, 키키가 이런 ‘말도 안 되는 물리적 시련’을 사랑과 근성으로 돌파하고 있기 때문일지도 모릅니다.물리는 이야기가 지닌 ‘위대함’을 알려준다무심코 지나쳤던 애니메이션 명장면도 스톱워치와 수식을 곁들여 보면, 캐릭터들의 초인적인 능력과 각오의 무게가 훨씬 더 생생하게 느껴지곤 합니다. 엔터테인먼트 속에는 이처럼 과학의 씨앗이 곳곳에 숨어 있습니다. “만약 이게 현실이라면?”이라는 시선으로 세상을 바라보면, 평범한 영화가 훨씬 더 흥미진진해질 거예요.얼마 전 ‘마녀 배달부 키키’가 TV에서 방영되었습니다. 많은 분이 보셨을 텐데요. 저도 지브리 작품을 좋아해서 미타카의 지브리 미술관에 여러 번 가보기도 했지만, 그중에서도 ‘마녀 배달부 키키’는 보는 나이에 따라 새로운 깨달음을 주는 정말 멋진 작품인 것 같습니다.저는 TV를 보면서 예전에 계산해 두었던 ‘키키의 팔에 걸리는 힘’을 다시 떠올리고 있었죠.https://phys-edu.net/wp/?p=24946재방송을 보며 집안일을 하다가 마을 풍경이나 지붕 모양을 보고, 예전에 방문했던 스웨덴 고틀란드섬의 비스뷔(Visby) 거리가 생각났습니다. 이곳은 마녀 배달부 키키의 배경이 된 마을 중 하나로 알려져 있는데요, 제가 직접 찍은 사진을 한 번 보세요.
무역으로 번성했던 곳이자 전쟁의 역사도 간직한, 성벽으로 둘러싸인 작은 마을입니다. 교회 옆 언덕에서 찍은 사진인데, 마을의 정취와 아치형 구조의 아름다움이 정말 돋보이죠. 길을 걷다 보면 정말로 키키의 세계로 들어온 듯한 착각이 듭니다.
아치 구조의 강도를 보여주는 전시물도 있었는데, 관련 내용은 여기에 정리해 두었으니 궁금하신 분들은 확인해 보세요.https://phys-edu.net/wp/?p=22249고틀란드섬은 비행기를 갈아타야 해서 조금 가기 번거로운 곳이긴 합니다. 하지만 지브리 팬이라면 충분히 가볼 만한 가치가 있는 곳이니, 기회가 된다면 꼭 한 번 계획을 세워 방문해 보시길 추천합니다.문의 및 의뢰 안내과학의 신비와 즐거움을 더 가까이! 집에서 할 수 있는 즐거운 과학 실험과 노하우를 알기 쉽게 정리하고 있습니다. 많이 검색해 주세요!・’과학의 소재 수첩’이 책으로 나왔습니다. 자세한 내용은 여기・운영자 쿠와코 켄에 대해서는 여기・각종 의뢰(집필, 강연, 실험 교실, TV 자문 및 출연 등)는 여기・새로운 소식은 X(구 트위터)에서 확인하세요!
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