수레 하나로 지진을 막는다!? 면진의 비밀을 실험으로 밝혀내다
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
지금 당장 큰 지진이 발생한다면, 여러분의 집은 어떤 식으로 흔들릴까요?
사실 건물의 지진 대책에는 크게 나누어 ‘내진’, ‘제진’, ‘면진’이라는 세 가지 방식이 있습니다. 이 가운데 ‘내진’은 건물 자체를 튼튼하게 만들어 흔들림을 견디도록 하는 방법이라 비교적 이해하기 쉽습니다. 반면 ‘제진’과 ‘면진’은 이름이 비슷해서 헷갈리기 쉽지요.
이번에는 이 가운데서도 특히 독특한 발상인면진의 원리를 주변에서 쉽게 구할 수 있는 도구를 이용한 실험으로 직접 눈으로 확인해 보았습니다.
면진이란 대체 어떤 원리일까?
면진은 말 그대로 ‘흔들림을 피한다’는 발상에서 나온 지진 대책입니다. 핵심은 건물과 지면 사이에 ‘면진 장치’라고 불리는 층을 넣는 것입니다. 이곳에는 고무, 적층고무, 미끄럼받침과 같은 특수한 부품이 사용되어 지면이 크게 흔들리더라도 그 흔들림이 건물에 그대로 전달되지 않도록 합니다.
지면과 건물을 ‘분리’함으로써 건물이 지진의 에너지를 정면으로 받아내지 않아도 되는 것이죠. 실제로 면진 구조를 적용한 초고층 빌딩이나 병원, 데이터센터 등에서는 큰 지진이 발생했을 때에도 실내의 피해가 크게 줄어드는 것으로 알려져 있습니다. 건물 전체가 천천히 흔들리면서 내부의 사람과 설비, 그리고 건물 자체를 보호하는 것입니다.
실험 준비: 나리카의 대형 운반차로 ‘지면’을 재현하다
이번 실험에 준비한 것은 과학 실험 교구로 친숙한 나리카 제품의 대형 운반차와 직접 만든 건물 모형입니다. 이 대형 운반차를 말하자면 ‘지면’으로 생각하면 됩니다.
실험①: 건물을 운반차에 직접 고정해 보면…
먼저 기본적인 비교 실험으로 건물 모형을 대형 운반차 위에 직접 올려놓습니다. 이 상태는 면진 장치가 없는 일반적인 건물이 지면 위에 세워져 있는 상황과 같습니다.
이제 운반차를 좌우로 빠르게 흔들어 봅니다. 지진 발생입니다! 결과는 한눈에 알 수 있었습니다. 건물 모형이 크게 흔들려 버렸습니다. 지면의 흔들림이 거의 그대로 건물에 전달된다는 사실을 확실하게 확인할 수 있습니다. 실제 실험 영상은 아래에서 확인해 보세요.
실험②: 소형 운반차를 한 단계 사이에 넣어 보니, 놀라운 결과가!
다음은 드디어 면진의 원리를 재현해 봅니다. 대형 운반차(지면 역할) 위에 이번에는 소형 운반차를 하나 더 올리고, 그 위에 건물 모형을 올려 보았습니다. 이 소형 운반차가 건물과 지면을 연결하는 ‘면진 장치’ 역할을 하는 셈입니다.
같은 방법으로 대형 운반차를 흔들어 보았더니… 건물이 거의 흔들리지 않았습니다! 지면 역할을 하는 대형 운반차는 격렬하게 움직이고 있는데도, 그 위의 소형 운반차가 바퀴의 움직임을 통해 흔들림을 흡수하면서 건물 모형은 마치 아무 일도 없었다는 듯 조용히 그대로 있었습니다.
운반차 한 대의 차이가 이렇게 큰 결과를 만들어 낸다
운반차를 단 한 대 추가했을 뿐인데 건물의 흔들림이 이렇게 극적으로 달라진다는 사실은 직접 보면 정말 재미있는 발견입니다. 바로 이 ‘지면과 건물 사이에 흔들림을 흘려보내는 장치를 넣는다’는 발상이 면진 구조의 핵심입니다. 실제 건물에서는 적층고무와 같은 훨씬 정교한 부품이 사용되지만, 기본적인 원리는 이번 운반차 실험과 똑같습니다.
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