신발끈을 아무리 강하게 묶어도 결국 풀리는 이유는 무엇일까?
평소에 버스를 쫒아 뛰어 갈 때 혹은 신호등 앞에서 신호를 기다릴 때, 커피 마시다 자리에서 일어날 때 무언가 허전해서 밑을 신발끈이 풀어져 있는 것을 볼 수 있습니다. '또 풀렸구나'라며 무릎을 꿇고 신발끈을 묶다 보면 참 귀찮게 느껴질 때가 많이 있습니다.
신발끈이 풀어지지 않게 만들었으면 되는데 왜 꼭 풀려서 급할 때 신발끈을 묶게 만들까라는 생각이 드는데 사실 '왜 신발끈은 결국에는 풀리게 될까'라는 의문은 꽤 오래전부터 사람들이 답을 찾고자 했던 주제라고 합니다.
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어떻게 매듭을 해야 끈이 풀리지 않을까라는 주제는 수학자나 과학자들을 통해 연구되어 온 주제입니다. 실제로 1970년대 한국수산과학회 학술지는 어망을 만들 때 그물의 매듭을 어떤 각도로 지어야 매듭의 강도가 세지는지 연구를 했는데 여기서 바른매듭과 막매듭을 소개를 했습니다.
이 연구에서는 매듭을 이루는 두 끈의 각도가 100˚ 이하일 때와 그 이상일 때를 비교를 했는데 그 결과 100˚ 이하에서는 바른매듭의 강도가 더 세고, 100˚ 이상일 때는 막매듭의 강도가 더 세다는 것을 알 수 있었죠.
동아 사이언스, https://bit.ly/2Jnh9Sa |
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또 2005년에는 미국의 TED 강연에 사상가 데리 무어가 출연하여 신발끈을 안풀리게 묶는 법에 대해 과학적으로 설명을 하기도 했습니다. 그에 의하면 매듭의 강도를 높이기 위해서는 왼쪽 끈으로 고리를 만들고 앞에서 뒤로 방향을 바꿔 한 바퀴 돌려 매듭을 지으면 신발과 리본이 90˚를 이루기 때문에 쉽게 풀리지 않는 단단한 매듭이 된다고 합니다.
그러나 끈이 풀리지 않도록 하는 이 모든 매듭법에도 불구하고 신발끈을 안 풀리도록 만드는 것은 불가능하다고 합니다.
UC Berkeley, 강하게 또는 약하게 매듭하는 법 |
미국 UC 버클리대학교의 기계공학 연구팀은 왜 신발끈은 풀리게 될까라는 주제에 대해 실험을 진행했다고 합니다. 그리고 발표한 논문에서 신발끈은 '진동'과 '관성의 법칙'때문에 반드시 풀리게 된다고 설명했습니다.
끈이 풀리는 이유: TED youtube |
이들은 이를 확인하기 위해 고속카메라를 이용해서 발이 움직일때마다 신발끈에 미치는 힘에 대해서 확인을 했는데 그 결과 신발끈 매듭은 우리가 발을 뗄때마다 무려 중력의 7배가 넘는 힘을 받는다는 것을 알 수 있었습니다. 그리고 이때 발생하는 충격이 진동으로 신발끈에 전달되어 신발끈이 점점 느슨해지게 되는 것이죠.
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여기에 더해 우리가 이동할 때는 앞뒤로 발을 움직이게 되는데 이때 발을 앞 혹은 뒤로 움직일 때 신발끈은 관성의 법칙때문에 가는 방향의 반대 방향에 있을려고 하게 됩니다.
즉, ‘관성의 법칙’에 따라 다리가 앞으로 향할 때 신발 매듭에는 뒤쪽 방향 힘이, 다리가 뒤쪽으로 갈 때는 매듭에는 앞쪽으로 힘이 가해지게 되는 것이고 이 힘 때문에 우리가 이동할때마다 마치 손으로 신발끈 매듭을 풀 때처럼 끈의 끝부분을 잡아당기는 효과가 나타나게 되는 것입니다.
관성의 법칙의 예 |
진동에 의해서 신발끈이 느슨해지고 관성의 법칙 때문에 끈의 끝부분을 잡아당기는 효과가 생기게 되니 우리가 손으로 끈을 풀때와 같은 힘에 의해 결국 신발끈은 어떤 매듭법으로 묶여 있든 풀려버리게 되는 것입니다.
