영화 어벤져스를 보면 토르가 망치를 휘두르는 장면이 나옵니다. 망치를 휘두르며 날아다니는 토르를 보면 잼있으면서도 정말 가능한 이야기일까 아니면 그냥 픽션에 불과한 걸까라는 생각이 들게 됩니다. 영화는 어느 정도의 사실에 근거해서 만드는 경우가 많은데 망치를 휘두르며 날아다니는 토르의 모습은 정말 가능한 것일까요?

똑같지는 않지만 어느정도 관계가 있는 실험을 한 영상을 유튜브에서 찾을 수 있었습니다. 이 영상은 공을 높은 곳에서 떨어뜨리는 영상인데 이를 A/B 테스트를 통해 결과를 보여주고 있죠. 두 실험의 변수는 회전이며 실험 A의 경우는 공에 회전을 주지 않았을때 실험 B는 공에 회전을 주었을 때 공이 어떻게 떨어지는지를 보여주고 있습니다.

gfycat, 회전없이 공을 떨어뜨리면(실험A)

A의 경우는 떨어지면서 공기의 저항을 살짝 받아 조금 휘어지며 거의 직각으로 떨어지는 것을 볼 수 있는데 회전을 준 공은 이와는 다르게 상당히 많이 휘어져 날아가는 모습을 볼 수 있었습니다. 즉, 스핀이 있고 없고의 차이가 공에 큰 영향을 미친 것이죠.

이렇게 회전을 줄 경우 다른 결과를 보이는 이유는 마구노스 그리고 베르누이 효과의 영향 때문입니다. 1852년 독일의 물리학자인 "하인리히 구스타프 마그누스"가 발견해서 "마그누스 효과"라고 명명된 이 효과는 유체속에서 강하게 회전하며 움직이는 공이 운동 방향에 직각으로 힘을 받게 되는 현상을 말합니다.

마그누스 효과는 공의 회전과 공기의 흐름 때문에 발생하는데 이는 시계 방향으로 회전하는 공이 날아가는 경우, 날아오는 공과 공기가 충돌하게 되고 이 때문에 공의 이동 방향과 반대되는 방향에서 공기의 저항이 생기게 됩니다.

마구누스 효과

위의 그림에서 볼 수 있듯이 공이 회전할 때 공의 윗부분은 공기의 흐름과 반대로 움직여서 공기의 흐름을 느리게 만들며 공의 표면의 밑부분은 공기의 흐름과 같은 방향으로 회전을 하기 때문에 공기의 흐름이 빨라지게 됩니다.

그리고 유체(액체 혹은 기체)에서 물체의 속도가 증가하는 곳의 압력은 감소하고, 반대로 물체의 속도가 감소하는 곳의 압력은 증가한다는 베르누이의 법칙에 의해, 빠른 공기 흐름을 보이는 공의 아래쪽 부분의 압력은 감소하고, 느린 속도를 갖게 된 공의 위쪽 압력은 증가하게 되는 결과를 보이게 됩니다.

유체(물, 공기)는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르려는 성질을 가지고 있죠. 그리고 이러한 성질 때문에 위쪽과 아래쪽의 압력 차이가 발생된 공은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직이게 되고 이 경우에는 공이 회전 방향인 아래쪽으로 휘어 날아가게 되는 것입니다.

gyfcat, 회전을 공에 강하게 걸면 아래쪽으로 휘어 날아간다(실험B)

이를 반대로 적용하면 반대의 결과가 나타납니다. 공을 공기의 흐름과 같은 방향으로 강하게 회전을 걸어 던지게 되면 공에 걸리는 압력이 정반대로 바뀌면서 공은 위로 향하는 힘을 받게 되는 것이죠. 결국 공은 위를 향해 날아가게 되는 것입니다.

어벤져스, 망치만 휘둘러도 날아간다

즉, 마그누스 효과와 베르누이의 법칙을 고려해보면 망치를 공기의 흐름과 맞는 방향으로 강하게 회전을 걸어 몸이 뜰 수 있을 만큼의 속도로 달릴 수 있다면 망치를 이용해서 날아가는 것이 결코 불가능한 것은 아닌 것이죠. 물론, 적당히 큰 망치를 엄청난 속력으로 달리면서 충분한 회전을 일으킬 수 있다는 전제하에 말입니다.