비를 맞을 때 가장 덜 젖는 방법은? 과학자가 TV에서 밝힌 ‘직육면체 이론’의 진실!
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠.
갑자기 비가 오는데 우산이 없다면! 이럴 때 어떻게 해야 가장 덜 젖고 목적지에 도착할 수 있을지 고민해 본 적 있으신가요? 사실 이건 입시 문제로도 출제된 적이 있는 아주 흥미로운 물리 문제입니다. 재밌는 물리 문제로 아직도 다양한 상황에서 다뤄지고 있죠. 그렇다면 실제로 어떻게 해야 할까요? 저는 이 주제에 대해 2025년 1월 25일 후지TV ‘찬 하우스'(오전 11:00~)에 출연하여 과학 해설을 진행했습니다.
작년에 출연 제의를 받고, 제가 근무하는 학교에서 촬영을 진행하며 해설을 맡았습니다. 이 방송에서는 다양한 잡학 지식을 소개하는데, 저는 그중 과학적인 주제를 쉽고, 조금은 재밌게 풀어냈습니다.
이미지는 2025년 1월 25일 후지TV ‘찬 하우스’ 방송분을 인용한 것입니다. 출처: ‘찬 하우스’ (후지TV, 2025년 1월 25일 방송)
이번에 제가 고안한 방법으로,개그맨 와다 만주(和田まんじゅう) 씨가 인공적으로 내리는 비 속을 달려봤습니다. 실제로 효과가 있음을 확인하고 정말 기뻤어요.
출처: ‘찬 하우스’ (후지TV, 2025년 1월 25일 방송)
오늘은 그 방법과 과학적 이유에 대해 알기 쉽게 알려드릴게요!
사람을 ‘직육면체’로 가정해 봅시다!
그럼 바로 방송에서는 자세히 다루지 못했던 그 방법을 알아봅시다. 우선 사람을 ‘직육면체’로 가정합니다.
출처: ‘찬 하우스’ (후지TV, 2025년 1월 25일 방송)
응? 이게 무슨 소리냐고요? 이건 물리학에서 흔히 쓰는 방법입니다. 모양을 단순화해서 계산을 쉽게 하기 위함이죠.여기에 빗방울이 공기 중에 균일하게 존재한다고 가정하고, 1세제곱미터당 ρ(로)개의 빗방울이 있다고 가정합니다. 이제 준비 완료!
몸의 앞면과 머리에 맞는 빗방울 수를 계산!
자, 계산을 시작해 봅시다.몸의 앞면 면적을 ‘S앞‘, 머리의 면적을 ‘S머리‘라고 둡니다.v [m/s]의 속도로 움직였을 때, 단위 시간(1초)당 몸의 앞면에 맞는 빗방울 수는 다음과 같이 계산됩니다.
S앞 × v × ρ [개]
한편, 머리에 맞는 비는 비가 내리는 속도를 연직 아래 방향으로 v비 [m/s]라고 하면, 1초 동안 머리에 맞는 빗방울 수는 다음과 같습니다.
S머리 × v비 × ρ [개]
일정 거리를 이동했을 때 부딪히는 빗방울 수
따라서, t초 후에 거리 x [m]를 이동했을 때 그동안 맞는 빗방울의 총수는 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.
（S앞 v ρ＋S머리 v비 ρ）× t =（S앞 v ρ＋S머리 v비 ρ）× x/v
=S앞 ρ x ＋ S머리 (v비 / v)ρ x
여기서 주목할 점!
•S앞 ρ x 는 속도v에 의존하지 않습니다. 즉, 걸으나 뛰나 차이가 없다!
•S머리 (v비 / v) ρx 는, 빠르게 달릴수록 줄어듭니다. 다시 말해, 뛰는 편이 비에 덜 젖는다!
덜 젖는 비결
더욱 덜 젖게 만드는 방법도 여러 가지 생각해 볼 수 있습니다.
1.게 걸음(옆으로 걷기): 몸의 앞면 면적(S앞)을 줄여서 앞으로 맞는 빗방울 수를 줄일 수 있습니다.
2.낮은 자세로 이동: 웅크리면 몸의 앞면 면적이 줄어들어 비를 맞는 정도를 최소화할 수 있습니다.
빗방울의 속도를 활용하는 방법
이것은 위와는 조건이 별개이지만, 비가 얼마나 빠르게 내리는지도 중요한 포인트입니다. 앞선 논의에서는 앞에 있는 비는 밀도가 변하지 않아 움직임과 관계가 없었습니다. 하지만 실제로는 사람이 움직이면, 비가 대각선으로 내리는 것처럼 보이게 됩니다. 이때 몸을 기울여 각도를 만듦으로써 앞면에 맞는 비의 양을 줄일 수 있습니다.
계산을 해봅시다. 아래와 같은 빗방울의 속도(종단 속도)가 참고가 됩니다.
•가랑비 (반지름 0.2mm): 1.6 m/s
•보통 비 (반지름 0.4mm): 3.3 m/s
•폭우 (반지름 1mm): 6.5 m/s
예를 들어, 폭우가 내려 종단 속도가 6.5 m/s이고 사람이 달리는 속도를 4 m/s(시속 14.4km)라고 가정했을 때,
arctan(4 / 6.5) 약 0.55 rad으로, 약 31도 정도가 됩니다.
약 31도 정도 몸을 기울이면, 비가 머리에만 맞도록 할 수 있습니다. 약간의 요령으로 몸의 앞면을 덜 젖게 만드는 것이 가능하죠!
요약
결론적으로, 뛰는 편이 비에 덜 젖는다!
게다가, 게 걸음이나 낮은 자세, 몸을 기울이는 등의 요령으로 젖는 양을 더 줄일 수 있습니다.
출처: ‘찬 하우스’ (후지TV, 2025년 1월 25일 방송)
결론적으로 방송에서는 “웅크린 자세로 각도를 약 30도 정도 기울여서 아주 빠른 속도로 달리는” 것을 제안했습니다.이를 바탕으로 와다 만주 씨가 달려봤습니다.
출처: ‘찬 하우스’ (후지TV, 2025년 1월 25일 방송)
뛰기와 걷기의 차이
걸었을 때 150g 증가, 뛰었을 때 100g 증가
즉, 뛰는 것이 덜 젖는다는 결과가 나왔습니다. 비에 젖은 양을 무게로 측정하다니, 방송국에서도 정말 기발한 아이디어를 냈네요. 멋집니다.
웅크리고 달렸을 경우
50g 증가
이로써 이론대로, 가장 덜 젖는다는 결과가 증명되었습니다.
다만 와다 만주 씨에 따르면, “상당히 피곤하다”는 단점이 있다고 합니다.
다음번에 비가 올 때는 과학을 아군 삼아 꼭 한번 도전해 보세요!물리학은 이렇게 일상생활에 유용한 힌트를 알려주네요. 앞으로도 ‘아하!’가 가득한 과학 이야기를 전해드리겠습니다!
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