동전이 우주를 여행한다고? 빙글빙글 모금함 속에 숨겨진 ‘가속’의 비밀 (각운동량 보존·중력장)

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.

아이의 유치원에 갔다가 참 신기한 ‘빙글빙글 모금함’을 발견했습니다. 호기심에 동전을 하나 던져봤는데, 이게 생각보다 훨씬 재미있더라고요! 우선 이 영상부터 확인해 보세요.

동전이 춤을 춘다? 가속하는 회전의 비밀

동전을 넣으면 커다란 원을 그리며 천천히 돌기 시작합니다. 그러다 중심에 가까워질수록 회전 반경이 점점 작아지는데, 반대로 빙글빙글 도는 속도는 점점 빨라지는 것을 알 수 있습니다. 마지막에 엄청난 속도로 구멍 속에 빨려 들어가는 모습은 보고 있으면 시간 가는 줄 모를 정도예요.

이것은 물리학에서 말하는 「각운동량 보존 법칙」이 눈에 보이는 형태로 나타나는 현상입니다. 피겨 스케이팅 선수가 펼치고 있던 팔을 몸쪽으로 끌어당기면 회전이 빨라지는 모습을 본 적 있으시죠? 바로 그 현상과 똑같은 일이 이 모금함 안에서 일어나고 있는 것입니다.

모금함 속에 펼쳐진 「우주」의 모델

예전에 시부야에 있는 플라네타륨에 학생들과 견학을 갔을 때도 이와 같은 원리의 전시물이 있었습니다. 사실 이건 단순한 저금통이 아니라 「만유인력의 중력장」을 재현한 모델이거든요.

다음 영상을 한번 보세요. 중심에 있는 빨간 공을 「태양」이라고 가정해 봅시다.

절묘하게 설계된 경사면 덕분에 공은 중심으로 곧장 떨어지지 않고, 아름다운 원 궤도를 그리며 회전합니다. 이 곡면의 커브는 뉴턴이 발견한 「만유인력의 법칙」(거리에 제곱에 반비례하는 힘)을 충실하게 재현하도록 설계된 것으로 보입니다. 즉, 이 모금함 안에서 동전이 도는 모습은 지구 같은 행성이 태양 주위를 공전하는 모습 그 자체인 셈이죠.

집에서 즐기는 「우주의 법칙」

이런 전시는 과학관에서도 종종 찾아볼 수 있습니다.

“이렇게 재미있다면 집에서도 실험해보고 싶다!”는 생각이 들지 않으신가요? 찾아보니 아마존에서도 가정용 미니 사이즈를 판매하고 있더군요.

볼텍스 뱅크 VORTEX BANK 저금통 TY-0380

가격도 2만 원 정도로 매우 저렴합니다. 거실에 두면 아이들이 자연스럽게 과학을 접하는 계기가 될지도 모르겠네요. 자꾸만 동전을 넣고 싶어지기 때문에 순식간에 돈이 모이는(?) 즐거운 부작용도 기대해 볼 만합니다.

일상 속 평범한 모금함 안에 우주의 거대한 법칙이 숨어 있습니다. 그런 시선으로 세상을 바라본다면 늘 보던 풍경이 조금은 다르게 보일 거예요.

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