줌석의 취미공작소

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#9. 진구 탈모

[사전지식]

하늘을 마음껏 날고 싶으면

도라에몽의 친구들은 대나무 헬리콥터를 탑니다.

도라에몽에서 가장 유명한 도구인 대나무 헬리콥터는

오프닝 노래가사에도 등장할 정도로

자주 등장하는 도구입니다.

대나무 헬리콥터는 보통 머리에 부착되지만

몸에 아무 곳이나 붙일 수 있다고 하며

배터리 내장식에 최대 비행 시간 6-8시간,

시속 6-80km로 주행이 가능한

최첨단 하이 테크놀로지 도구입니다.

저는 대나무 헬리콥터를 보면서

항상 드는 의문점이 있었습니다.

저렇게 조그만 프로펠러로 머리가 잡아당겨지고

엄청난 풍속을 머리로 받아내고 있는데

진구는 탈모로부터 안녕할까요?

계산해보겠습니다.

[계산 과정]

도라에몽은 1970년부터 연재되어

50년의 역사를 가지고 있습니다.

이런 유구한 역사 때문에 그림체가 일정하지 않습니다.

따라서 단순화된 모델로

차근차근 논리를 쌓아 보겠습니다.

우선 두 가지 관점에서

진구의 탈모를 분석해볼 수 있습니다.

첫번째는 프로펠러가 위로 잡아당기는 힘.

두번째는 풍압에 의한 모근의 피로.

이 두 가지를 구해서

모근이 버틸 수 있는 최대의 강도와

비교해보면 되겠습니다.

첫째로 프로펠러가 위로 잡아당기는 힘입니다.

진구는 키 140.3cm에 몸무게 41.4kg입니다.

이를 단순화하면

41.4kg짜리 질량을

프로펠러로 들어올리는 모델이 등장했습니다.

이 장면으로 대나무 헬리콥터의 사이즈를

대략적으로 추론해 보면

대나무 헬리콥터의 접촉부의 직경은

도라에몽 손의 직경과 같아 보입니다.

도라에몽의 머리둘레는 129.3cm입니다

그럼 머리의 직경 D=129.3/π=41.16cm입니다.

피피티에서 머리와 손에 원을 그려보면

그 비율은 9.7 : 1.77로 나타납니다.

그럼 손의 직경은 1.77 x 41.16 / 9.7 = 7.51cm입니다.

그럼 대나무 헬리콥터와 머리가 접촉하는 면적은

0.25 x π x 7.51^2 = 44.3㎠이며

㎡로 변환하면 0.00443㎡입니다.

대나무 헬리콥터와 진구가

공중에서 평형상태라고 가정한다면

진구의 모근에서 발생하는 힘은

진구의 몸무게입니다.

따라서 진구의 모근에서 발생하는 압력은

41.4 x 9.81 / 0.00443 = 91,678Pa입니다.

두번째 대나무 헬리콥터에서 발생하는 풍압입니다.

프로펠러는 두 가지 힘으로 기체를 띄웁니다.

날개에서 발생하는 공기 흐름의

압력차로 인해 발생하는 양력과

공기를 밀어내는 반작용력인 추력입니다.

풍압은 이 추력과 관련이 있습니다.

프로펠러를 지나는 유체의 운동은

대기압의 공기가 속도 V로 유입되고

프로펠러 앞에서 압력 Pu로 감소, 속도가 V1으로 증가합니다.

프로펠러에서 에너지를 공급받은 공기는

압력 Pd로 증가하고 속도는 V1으로 유지되며

더 나아가면 대기압으로 떨어지며 속도는 V2로 증가합니다.

이 모든 과정을 베르누이 방정식을 통해 유도하면

프로펠러 앞뒤의 압력차를

다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있습니다.

또한 추력을 운동량 방정식으로 나타내면

T=밀도 x V1 x 단면적 x (V2-V)로 표현됩니다.

순수하게 프로펠러에 의해 가속된 공기의 속도를

유도속도 ω라고하며

V1=V+ω, V2=V+2ω로 표현됩니다. (유도 생략)

이를 두 가지 방정식에 대입하면

T=2ρA(V+ω)ω로 표현됩니다.

프로펠러가 뜨기 위한 최소 추력은

진구의 몸무게 41.4kg입니다.

그럼 프로펠러의 단면적과

안정된 상태의 공기 속도를 구하면

프로펠러에 의해 가속된 공기의 속도를 구할 수 있습니다.

대나무 헬리콥터의 직경은

ppt에서 3.6cm로 측정됩니다.

아까 구한 9.7 : 1.77의 비율로 실제 길이를 추정하면

직경은 9.7 x 3.6 / 1.77 = 19.73cm입니다.

그럼 단면적은 0.0306㎡입니다.

안정된 대기상태의 풍속은 0.2m/s를 기준으로 합니다.

그럼 아까 구한 추력 방정식에

지금까지 얻은 정보를 대입하면

41.4 x 9.81 = 2 x 1.293 x 0.0306 x (0.2 + ω) x ω이며

이 방정식을 풀면

ω는 ±72m/s입니다.

베르누이 방정식에 의해 유도된 속도압 Pv는

V^2/2g로 표현되며

따라서 Pv = 72^2 / 2 x 9.81 = 2,591Pa입니다.

진구는 결과적으로 91,678Pa의 압력으로 머리가 당겨지고

2,591Pa의 압력으로 머리가 휘날립니다.

머리를 당기는 실험 결과

머리가 버티는 힘은 70cN정도입니다.

이는 약 70g의 무게를 버티는 정도입니다.

모발은 1㎠당 65개 정도의 모발이 있고

접촉 면적인 44.3㎠에는

약 3000개의 모발이 있습니다.

3000개의 모발이 버티는 힘은 약 200kg 수준이며

진구의 몸무게 정도는 쉽게 버텨낼 수 있습니다.

하지만 휘날리는 힘은 40kg 수준이며

모발 하나하나에 40kg의 데미지를 줍니다.

0.7kg의 힘 밖에 버티지 못하는 모근은

40kg의 힘과 만나 사라져버리고 말 것입니다.

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물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 "심각한 원형 탈모에 시달릴 것이다"라고 말할 수는 있습니다.

​

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다음편에서 만나요 안녕!

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※참고문헌

[외국] SENSILAB (2017). "Nutrishine", Slovenia

[외국] Katherine A. McDonald 외 (2017). "Hair pull test: Evidence-based update and revision of guidelines", J AM ACAD DERMATOL, Canada, pp. 472–477

[국내] suwon422 (2019). "프로펠러 운동량이론으로 프로펠러 효율과 추력구하기", https://airtech422.tistory.com/33

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누구나 로또 1등의 꿈을 꿉니다.

돈만 있으면 로또 1등은 할 수 있습니다.

그것이 81억원이라는게 문제죠.

로또는 45개 숫자 중 임의로 6개 숫자를 맞추는 방식입니다.

당첨 확률 계산을 위해서는

조합이라는 개념을 알아야 합니다.

조합은 순서 상관없이

n개 중 r개를 선택하는 가지 수입니다.

이는 nCr로 표현되며

계산식은 n!/(n-r)!r!로 표현됩니다.

!(팩토리얼)은 그 숫자까지 1씩 빼면서 곱하는 연산입니다.

예를 들어 5!이면 5x4x3x2x1이 되는 것이죠

그럼 로또의 모든 가지 수는 45C6이고

계산해보면 45!/(45-6)!x6!=

8,145,060개의 경우의 수를 가지고 있습니다.

이 수많은 가지 수 중 1등이 될 확률은

(1/8,145,060)x100=0.00001%입니다.

미국에서 벼락 맞을 확률이

240만분의 1인것과 비교하면

벼락 맞을 확률 보다 매우 낮습니다.

로또의 확률이 낮다는 건 누구나 아는 사실입니다.

그럼 모든 가지 수를 사서 1등이 되면

이득을 볼 수 있을까요?

로또는 회당 1,000원입니다.

그럼 모든 가지 수를 사려면

8,145,060,000(81억 4천 5백 6만)원을 투자해야 됩니다.

역대 최고 당첨금은 세금을 제외한 314억(19회)이고

최저 당첨금은 3억(546회)이며

로또 평균 당첨금은 14억원입니다.

세금 제외 이득을 보기 시작하는 당첨금은 123억이며

이때도 겨우 3천만원 정도 이득을 봅니다.

역대 120억 이상 당첨자 수는

6601명 중 15명뿐입니다.

오늘의 결론

로또는 일단 사 놓고 기도하는 것이

가장 합리적인 방법입니다.

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#8. 탄지로

[사전지식]

여기 작화 하나로 수많은 매니아를

사로잡은 애니메이션이 있습니다.

작화진이 몇 명이나 갈려 나갔을 지

의문이 드는 이 애니는

“귀멸의 칼날”입니다.

2016년부터 4년간 연재되어 막을 내린 이 만화는

2019년 총 26화의 애니로 제작되었습니다.

원작의 작화도 출중한 편이긴 합니다만

애니의 작화는 혀를 내두를 정도입니다.

기존 애니에서는 보기 힘든 3D 시점 연출과

특색 있는 기술의 화려한 연출로

수많은 호평을 받은 애니입니다.

간단한 줄거리는 사람을 잡아먹는 “혈귀”에게

가족을 몰살당한 주인공 “탄지로”.

유일하게 살아남은 동생 “네즈코”도

혈귀로 변하고 맙니다.

동생을 인간으로 돌려놓기 위해

검 한자루로 혈귀들을 때려잡는다는 내용입니다.

탄지로는 원래 숯을 파는 평범한 소년이었기에

검을 다룰 줄 모릅니다.

그래서 어떤 계기를 통해

혈귀를 잡기 위해 2년간 수련을 합니다.

수련의 최종단계는 “검으로 바위 베기”입니다.

혹독한 수련 끝에 결국 바위를 베어버리죠.

그럼 여기서 문제.

검으로 바위를 베려면 어떻게 해야 될까요?

계산해봅시다.

[계산과정]

우선 바위가 깨지려면 얼마만큼의 힘이 필요할까요?

탄지로가 벤 바위가

성분이 어떨지 추측해야 합니다.

일본 열도는 환태평양조산대에 속해 있어

화산이나 화산섬이 많습니다.

따라서 바위는 화산 활동에 의해 만들어진

화강암일 가능성이 높습니다.

이 화강암이 형성되기 위한 필수 광물은

바로 석영(쿼츠)입니다.

탄지로가 벤 바위는

석영비율이 100프로는 아니겠지만

석영을 베었다고 가정하고 풀이를 계속하겠습니다.

일반적으로 단단함을 나타내는 성질을 경도라고 합니다.

경도는 소성변형에 저항하는 정도인데 (*영구적인 변형)

실험을 통해 그 정도가 정리되어 있습니다.

가장 유명한 모스 경도에 의하면

석영은 모스경도 7정도의 굳기를 갖고 있습니다.

모스경도 7정도가 되면

강철과 마찰하여 불꽃이 난다고 합니다.

하지만 모스경도는 상대적인 값이라서

저희가 목표로 하는 값으로 치환하기가 어렵습니다.

한편 여러가지 시험법들은

작용 하중에 따라 시험법이 달라집니다.

1kg 남짓한 일본도와 비슷한 하중으로

실험하는 방법은 비커스 경도시험입니다.

석영의 비커스 경도는 HV1200이며

비커스 경도는 항복강도와 3배의 비율을 가집니다

따라서 석영의 항복강도는

3 x 1200 = 3600kg/㎟입니다

결과적으로 칼이 바위를

3600kg/㎟의 압력으로 짓눌렀을 때

비로소 흠집이 나기 시작한다는 소리입니다.

압력은 힘 나누기 단면적입니다.

바위에 흠집이 나기위한 최소 압력을 알았고

칼의 접촉 면적이 얼마인지를 알면

칼의 힘이 어느 정도인지 알 수 있습니다.

일본도의 칼날 두께는 약 3mm정도입니다.

1:1 사이즈로 제작된

코스프레용 검의 길이가 77cm이므로

칼날 전체가 바위에 접촉한다고 가정하면

접촉면적은 770mm x 3mm = 2,310㎟입니다.

그럼 바위를 베는데 필요한 힘은

3600kgf/㎟ x 2,310㎟ = 8,316,000kgf

81,552,101N입니다.

1kg짜리 검으로 이만한 힘을 내기 위해선

81,552,101m/s^2만큼 가속을 해야 하는데

간단한 계산을 위해 약 1m를 휘두른다고 가정하면

검을 휘두르는데 걸리는 시간이 12나노 초 정도되어야

저 만한 힘을 낼 수 있습니다.

빛의 속도는 초당 약 3억m입니다.

그럼 12나노 초 동안에는

빛이 3.6m정도를 간 정도입니다.

또한 컴퓨터의 정보처리 단위가 나노 초인 것을 보면

그 속도가 얼마나 빠른 지 어림 짐작할 수 있습니다.

쉽게 말하면 인간이 낼 수 없는 속도이며

만약 그런 속도로 칼을 휘둘렀다면

공기중 마찰열로 인해 칼이 녹거나

팔이 녹거나 둘 중 하나일 겁니다.

[결론]

마지막 결론입니다.

진짜 많이 양보해서 사람이 그런 빠른 속도로

검을 휘두를 수 있다고 가정해봅니다.

그럼 칼은 무사 할까요?

일본도의 주 재료는 철입니다.

철의 항복강도는 약 200-400MPa 수준입니다.

아까 구한 돌의 항복강도가 35GPa인 것과 비교하면

돌이 약 87배 단단합니다.

그럼 아무리 사람이 노력해도

칼이 못 버티고 부러진다는 소리입니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 "12나노초의 속도로 1m 높이에서 휘두르면 된다"고 말할 수는 있습니다.

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※참고문헌 [국내] ???. "암석의 공학적 특성". ???

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#7.소림축구 각력

소림축구의 주성치처럼 공을 차려면

다리가 얼마나 강력해야 되는 걸까요?

[사전지식]

무협 영화 하면 여러분은

뭐가 제일 먼저 떠오르나요?

저는 어린 시절 보았던

‘소림축구’가 가장 먼저 떠오릅니다.

소림축구는 2001년 홍콩에서 개봉하고

한국에서는 2002년에 개봉한

액션스타 주성치가 감독하고 주연으로 연기한 코미디 영화입니다.

유치하지만 호흡이 빠르고 과하지 않아서

지금도 가볍게 즐기기 좋은

웰메이드 영화 중 하나입니다.

간단한 줄거리는 중국 무술인 ‘쿵푸’를

널리 알리고 싶어하는 주인공 ‘아성’이

왕년에 잘나갔던 축구 감독을 만나

쿵푸와 축구를 결합해 성공한다는 내용입니다.

축구팀을 꾸리기 위해

함께 수행했던 사형들을 모으는데

각자의 주특기로 축구경기에서 연승을 거둡니다.

주인공 아성의 주특기는 ‘강철다리’입니다.

처음엔 힘 조절을 못해서

공이 한시간이나 공중에 떠있다가 떨어집니다.

그럼 여기서 문제,

도대체 주성치는 얼마나 세게 공을 찬 걸까요?

계산해봅시다.

[계산하기]

주성치가 찬 공은 수직방향으로만 움직인다고 가정합니다.

연직방향으로 던져진 물체의 속도는

초기속도-중력가속도x시간으로 표현됩니다.

최고점에서의 속도가 0이고

최고점까지 도달하는 시간은

한시간의 절반인 30분이며

초로 환산하면 1800초입니다.

이 두 가지를 이용해 초기속도를 구하면

초기속도 는 중력가속도 곱하기 시간

9.81 x 1800 = 17,658m/s입니다.

최고점의 높이는

초기속도의 제곱 나누기 중력가속도의 두배이므로

17,658^2 / 2 x 9.81 = 15,892,200m

약 15,892km입니다.

지구의 대기권은 지표에서 약 1,000km까지이고

인공위성의 궤도가 250km에서 36,000km사이입니다.

그럼 축구공은 대기권을 넘어

인공위성 궤도에까지 올라갑니다.

다음은 최종적으로 다리 힘을 구해야 합니다.

축구공 무게는 약 0.4kg이고

조사결과 슈팅 할 때 발과 공이 접촉하는 시간은

약 0.0001초라고합니다.

운동량과 충격량의 공식을 사용하면

F=mv/t=0.4x17,658/0.0001=70,632,000N입니다.

주성치는 이만한 위력을 지닌 채

다리를 머리까지 차올립니다.

주성치의 키는 1.74m이고

그럼 다리가 일으키는 일 에너지는

F x h = 70,632,000 x 1.74 = 122,899,680J입니다.

이걸 25톤 덤프트럭과 비교해보면

25톤 덤프트럭이 일정 속도로 주행할 때

발생하는 운동에너지는 1/2mv^2이고

이 운동에너지와 다리가 일으키는 에너지가 같다고 하면

속도 v는 루트 122,899,680 x 2 / 25,000 = 99.16m/s이고

99.16m/s는 357km/h입니다.

그럼 결론적으로 주성치의 각력은

357km/h로 달리는 25톤 트럭과

맞먹는다고 볼 수 있습니다.

[결론]

사실 이 문제는 오류가 있습니다.

지구의 영향력을 벗어나게 하는 속도를

탈출속도라고 합니다.

지구의 탈출속도는 약 11.2km/s이고

아까 구한 축구공의 속도가 17km/s인 것을 보면

축구공은 이미 우주 밖에서 떠 돌아다니고 있습니다.

두번째 오류는 정확한 수직 운동을 할 수 없다는 것입니다.

만일 축구공이 지구를 탈출하지 않는다 하더라도

각도가 조금만 틀어지면 포물선 운동을 하게 되는데

최대 도달 지점은 초기속도 x Cosθ x 시간이며

만일 0.01도만 틀어져도

최대 도달 지점은 3만km를 훌쩍 뛰어넘습니다.

지구 둘레가 4만km인 것을 보면

만일 우리나라에서 0.01도 각도로 찼다면

일본, 태평양, 미국, 대서양을지나

스페인쯤에 떨어질겁니다.

저희는 주성치의 각력이

대충 “350km/h의 속도로 달리는 25톤 트럭과 맞먹는다”

이렇게 결론을 내리면 되겠습니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 "브레이크 고장난 25톤 트럭과 맞먹는다"고 말할 수는 있습니다.

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※참고문헌 [외국] Takahito Iga, Hiroyuki Nunome, Koichiro Inoue, Yasuo Ikegami. (??) "BASIC MECHANICAL ANALYSIS OF SOCCER BALL IMPACT", Nagoya University, Japan

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#6. 숟가락 살인마

안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.

이번 주제는 숟가락 살인마입니다.

1) 사전지식

때는 바야흐로 2008년

그 때 당시 유행했던 영상이 있습니다.

우리가 알고 있는 제목은

‘숟가락 살인마’

단순 유머 영상인 줄 알았던 이 영상은

미국의 단편 영화입니다.

원제는 “극도로 비효율적인 무기를 가진 끔찍하게 느린 살인자”입니다.

줄거리를 간단히 소개하자면

주인공의 눈에만 보이는

‘기노사지’라는 이름의 살인자가

숟가락으로 주인공을 계속해서

두들겨 팬다는 내용입니다.

다른 무기는 사용하지 않고

오로지 숟가락만으로 말이죠.

제가 이 영상을 보고 궁금했던 점은

과연 실제로도 숟가락만으로

사람을 사망에 이르게 할 수 있을까 입니다.

정신적인 스트레스로 인한 사망,

상처부위의 감염으로 인한 사망

아주 사소하고 자잘한 이유들을 다 제외하고

순수하게 숟가락의 힘만으로 말이죠.

숟가락으로 살인이 가능한 건지,

한번 계산해보도록 하겠습니다.

2) 계산 과정

영상을 자세히 살펴보면

숟가락으로 맞은 주인공은

온몸에 멍이 가득합니다.

그럼 숟가락 살인마는 최소한

“멍이 들 정도의 힘”으로 때리고 있습니다.

멍이 들 정도의 힘이 어느 정도인지

조사해 보아야 합니다.

2010년 캐나다의 캘거리 대학에서 실험한 바에 의하면

부위별로 편차가 있습니다만

최소 342N, 최대 874N의 힘 사이에서

멍이 들기 시작합니다.

​

다음은 숟가락이 살과 닿는 면적을 구해야 합니다.

미국 성인 남성 평균 머리 길이가

254mm정도 인 것을 이용해

사진의 비율을 조정해주고

숟가락을 대략적으로 모델링해보면

숟가락의 한쪽 면적은 4433㎟입니다.

그럼 숟가락질 한번에 걸리는 압력은

힘 나누기 면적이므로

압력 범위는 0.07~0.2MPa입니다.

다음으로 넘어가기 위해선

피로파괴에 관한 지식이 필요합니다.

재료에 충격을 반복해서 가하면

특정 횟수 이상에서 재료의 파손이 일어나는데

이를 피로파괴라고 합니다.

이 값은 계산으로는 얻을 수 없고

피로시험기를 통해 값을 얻게 되는데

이때 얻어지는 값은

얼마만큼의 강도를 주었고

얼만큼의 반복을 했을 때

파괴가 일어났는지에 대한 그래프로 나타납니다.

이때의 그래프를 S-N곡선이라고 합니다.

이 S-N곡선을 보면

어느 시점부터는 아무리 많은 횟수를 반복해도

일정 압력 밑으로 그래프가 떨어지지 않습니다.

이때의 압력을 피로한도라고 합니다.

이 그래프에서는 300MPa이

이 재료의 피로한도가 되는 것이죠.

저는 사람의 S-N곡선을 얻어야 합니다.

S-N곡선은 오직 실험으로만 얻어 질 수 있으며

사람이 사망에 이를 때까지

반복실험한 결과는 있을 리가 없습니다.

하지만 뼈에 대한 S-N곡선은 찾을 수 있었습니다.

그러나 여러가지 실험 결과를 보았을 때

피로한도는 최소 25MPa에서 90MPa사이이므로

0.07~0.2MPa정도의 압력으로는

뼈의 피로 한도를 넘을 수가 없습니다.

달리 말하면 숟가락으로

멍이 들 정도의 힘으로 때렸을 때

아무리 많이 때려도 뼈를 부러뜨리는 것조차

물리적으로 말이 안된다는 것입니다.

3) 결론

그럼 얼마나 큰 힘으로 한방을 때려야

뼈가 부러지고 살인에 성공을 할까요?

이 표는 뼈의 S-N곡선입니다.

약 100만번을 40MPa의 힘으로 때렸을 때

피로 파괴가 일어납니다.

숟가락 살인마가 초당 한번씩 때린다면

100만번 때리는 시간은

약 11일 14시간 정도이고

11일 14시간만에 사망에 이르게 하려면

40MPa*4433=

177,320N

한방당 177kN의 힘을 주어야합니다.

이는 약 2톤의 무게가 짓누르는 힘이며

자동차 한 대가 약 2톤 이므로

자동차 무게 정도 되는 힘으로

11일 동안 열심히 두들겨 패야

겨우 뼈가 부러지는 상황이 발생합니다.

사망에 이르게 하려면 이보다 더 오랜 시간을

두들겨 패야 하겠죠.

영화에서는 약 12년 동안

숟가락으로 때린다고 합니다.

1시간은 3600초

하루는 24 x 3600초

1년은 365 x 24 x 3600초

12년은 12 x 365 x 24 x 3600 =

378,432,000초

그럼 12년 동안 대략 3억 8천번 정도를 때립니다.

그러고도 주인공은 죽지 않았고

살인마는 숟가락이 부러져도

다른 숟가락으로 다시 때립니다.

주인공이 늙어 죽는 것이 더 빠를 것 같습니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 숟가락으론 사람 못 죽인다고 말할 수는 있습니다.

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다음편에서 만나요 안녕!

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※참고문헌

[외국] Ahmet Çağatay Çilingir. (2019). "Design, Manufacturing and Testing of a Bone Shaft Fatigue Machine", Sakarya University Journal of Science, Turkey

[외국] Robert Karpiński, Łukasz Jaworski, Paulina Czubacka3 (2017). "THE STRUCTURAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE BONE ", Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering, Poland, pp. 43–50

[외국] Geoffrey T. Desmoulin, Gail S. Anderson. (2011). "Method to Investigate Contusion Mechanics in Living Humans", Ashdin Publishing

Journal of Forensic Biomechanics, Canada, pp.10

[외국] J.J. Kruzica, R.O. Ritchieb. (2007). "Fatigue of mineralized tissues: Cortical bone and dentin", Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, U.S, pp.3-17

※ 포스팅은 영상의 대본을 그대로 옮긴 것입니다.

영상으로 감상하시는 것을 추천드립니다!

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#5. 스파이더맨

안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.

이번 영상에서는 스파이더맨의 거미줄을

파헤쳐보도록 하겠습니다.

1)사전지식

스파이더맨은 마블의 히어로 중 하나입니다.

스파이더맨의 역사는 생각보다 더 깁니다.

Previous imageNext image

1963년 처음 만화로 출간되어 이름을 알렸고

1977년 드라마로도 제작되었으며

토비 맥과이어가 연기한 스파이더맨 트릴로지

앤드류 가필드가 연기한 어메이징 스파이더맨을 지나

우리에게 익숙한 톰 홀랜드의 스파이더맨이 나오게 된것입니다.

스파이더맨 시리즈가 복잡한 이유는

소니와 마블 사이의 판권 문제인데

이는 제가 궁금한 점이 아니니까 생략합니다.

보통 사람들은 스파이더맨을

강한 히어로로 생각하지 않습니다.

작중 설정이 유일한 10대이고

특히나 톰 홀랜드의 스파이더맨부터는

아이언맨의 보호와 관리를 받는

“청소년”의 모습이 강하기 때문에

파워, 전투력 면에서는 떨어진다고 생각합니다.

특히나 전투 방법이 거미줄을 쏘고

이리저리 뛰어다니는 모습이라

다른 히어로보다

강력한 모습을 찾기 어려운 것이 현실입니다.

하지만 마블 공식 설정에 의하면

캡틴아메리카의 근력 500kg,

울버린의 근력이 3톤인데 비해

스파이더맨의 근력은 무려 15톤입니다.

여기까지의 정보를 살펴보았을 때

근력은 마블이 공식적으로 대답을 내놓았고

스파이더맨의 특징은 거미줄이기 때문에

과연 영화화된 스파이더맨 중

어떤 스파이더맨의 거미줄이

가장 셀까 하는 궁금증이 생깁니다.

그럼 한편씩 스파이더맨 거미줄의

위력을 파헤쳐 보도록 하겠습니다.

2) 스파이더맨 트릴로지

스파이더맨 트릴로지에는 달리는 기차를 거미줄로 막는 장면이 나옵니다.

달리는 지하철을 막는 그의 근력도 대단하지만

끊어지지 않는 거미줄의 인장력도 대단합니다.

우선 이 장면을 보면

지하철은 Bay ridge를 지납니다.

검색 결과 뉴욕지하철 R선이

퀸즈부터 Bay ridge까지 운행하는 것을 볼 수 있습니다.

스파이더맨의 주 활동무대가

퀸즈인 것을 볼 때 제대로 찾았습니다.

여기서 R선을 운행하는 지하철은 R46 지하철이며

R46지하철의 최고 속도는 89km/h,

약 24.7m/s이고

무게는 약 4만kg입니다.

또한 열차는 운전실 제외 4량 열차이며

어림잡아 칸 당 약 100명의 사람이 타고 있다고 가정하면

약 400명의 사람이 열차안에 있고

미국 평균 몸무게를 보면

남자 86.6kg, 여자 74.4kg입니다.

남녀 비율은 반반이라고 본다면

지하철 안의 모든 사람의 무게는 32,200kg입니다.

따라서 지하철의 총 무게는

약 7만kg으로 생각 할 수 있습니다.

또 스파이더맨은 열차를 16개의 거미줄로 버텨냅니다.

제동이 걸리기 시작하는 시점부터

완전히 정지하기까지는 약 49초가 걸립니다.

계산의 단순화를 위해 마찰력이나 공기저항,

거미줄 16개가 다른 각도로

힘을 발생시키는 것은 무시하겠습니다.

스파이더맨은 24.7m/s로 움직이는 물체를

16개의 줄로 49초 동안 등가속도 운동을 시켜

속도를 0으로 만든다고 가정합니다.

속도-시간 그래프를 그려보면

그래프의 기울기가 가속도가 됩니다.

그럼 가속도는 24.7/49 = 0.5m/s^2이며

지하철의 무게 7만kg과 곱하면

지하철에 발생하는 힘 T=0.5x70,000

35,000N, 약 35kN입니다.

즉 16개의 거미줄은 35kN의 힘과 평형을 이루고 있습니다.

그럼 거미줄 하나는 약 2.2kN의 힘을 버텨내고 있습니다.

3) 어메이징 스파이더맨

어메이징 스파이더맨의 거미줄은

이 장면으로 간단하게 계산해 볼 수 있습니다.

스파이더맨이 거미줄에 매단 차 중

마지막에 매단 차는

벤츠 s클래스 스트레치드 리무진이며

무게는 약 3톤에 달합니다.

그럼 줄에 걸리는 장력은 무게에 의한 중력

3000x9.8=29.4kN

어메이징 스파이더맨의 거미줄은

29.4kN의 힘을 버텨내고 있습니다.

4) 스파이더맨 홈커밍

스파이더맨 홈커밍에선 거미줄을 엄청나게 많이 부착해서

반으로 갈라진 배를 막아냅니다.

그럼 거미줄 하나의 강도를 구하기 위해

몇 개의 거미줄을 쏘았는지 카운팅 해야하는데

정확한 카운팅이 거의 불가능 합니다..

생각의 전환이 필요합니다.

배가 계속해서 침몰하긴 하지만

거미줄은 끊어지지 않고 버티고 있습니다.

이 장면으로 거미줄이 얼마나 질긴지는

증명할 수 있을 것 같습니다.

그럼 배의 정보를 찾아 봐야합니다.

검색 결과 이 배는 스태튼아일랜드 페리라는 배입니다.

무게는 약 2,794톤이며

길이는 94m, 너비는 21m입니다.

이 중 무게와 너비는 반토막이 났으므로

배 한쪽의 무게와 너비는 1,397톤과 10.5m입니다.

또한 배에는 흘수라는 것이 있습니다.

흘수는 선박이 물에 가라앉는 깊이입니다.

배의 흘수는 4.22m로 알려져 있습니다.

자유물체도를 그려보면

배의 한조각에 걸리는 힘은

거미줄의 장력과 중력, 그리고 부력입니다.

제일 먼저 부력을 구해보겠습니다.

부력을 구하기 위해선 물에 잠긴 부피를 먼저 구해야 합니다

거미줄과 기울어진 배 사이의 각도는 약 79도이며

이를 이용해 표시된 삼각형의 높이를 구하면

X=10.5xtan(11)=2.04m이고

사다리꼴의 넓이를 구하면

(4.22+6.26)x10.5/2=55.02㎡이고

물에 잠긴 부피를 구하면

55.02x94=5171.88㎥입니다.

부력 B는 바닷물의 밀도x유체 속에 잠긴 부피x중력가속도 이므로

1020kg/㎥ x 5171.88 x 9.81 = 51,750,866N입니다.

또한 중력 G는 1397000x9.81=13,704,570N입니다.

자 그럼 다시 자유물체도로 돌아가서

세 힘이 평형을 이루기 위한 조건을 사용하면

T=2,874,531N

따라서 홈커밍 스파이더맨의 거미줄은

2,874kN의 힘을 버텨내고 있습니다.

4)결론

자 다 구했습니다.

토비 맥과이어의 거미줄은 약 2.2kN

앤드류 가필드의 거미줄은 약 29.4kN

톰 홀랜드의 거미줄은 약 2,874kN입니다.

정말 값들이 제각각 개판입니다.

하지만 결과값들이 지니는 의미를 생각해보면

고개가 끄덕여 질 수도 있습니다.

우선 트릴로지의 스파이더맨은 순수하게

몸에서 나온 거미줄 만으로 힘을 사용했습니다.

어메이징 스파이더맨은 웹슈터를 사용했고

홈커밍 스파이더맨은 웹슈터에

토니 스타크가 개발한 슈트까지 착용했습니다.

과학이 발전함에 따라

스파이더맨의 수행능력까지 발전하는 것으로 보입니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 홈커밍이 제일 세다고 말할 수는 있습니다.

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※참고문헌

[외국] Michael P. Wetherell, P.E.. “NYCT Subway Car Program Progress Update to CPOC”, 2012-11-26

※ 포스팅은 영상의 대본을 그대로 옮긴 것입니다.

영상으로 감상하시는 것을 추천드립니다!

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#4. 야스오

안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.

이번영상에서는 리그오브레전드 캐릭터 야스오의 스킬 중

"바람 장막"의 위력을 알아보겠습니다.

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1_사전지식

인기 게임 리그오브레전드에 등장하는

야스오라는 캐릭터는

검으로 바람을 일으키는 것이 특징입니다.

캐릭터의 기술이 화려한데 비해

기술이 빠르고 적절한 사용이 어려워

야스오충, 야필패라는 오명이 있는 논란의 캐릭터입니다.

야스오의 여러가지 스킬 중

‘바람 장막’이라는 스킬은

투사체 공격들을 막아내는 특징이 있습니다.

저는 야스오가 만들어내는 바람장막이

얼마나 큰 위력으로 펼쳐지기에

투사체들을 다 막아낼 수 있는지 궁금해졌습니다.

한번 계산해보도록 하겠습니다.

2_가정

몇 가지 가정을 해보겠습니다.

게임의 특성상 밸런스 조절로 인해

현실에 적용하기 어려운 설정이 많습니다.

예를 들어 리븐이라는 챔피언은

바람 가르기라고 하는 원거리 공격을 구사합니다.

하지만 야스오의 바람은 가르지 못합니다.(????)

그렇기에 밸런스 붕괴의 원인들은 제외하고

폭탄, 총알, 칼날 같은 인공 투사체 중에서

하나를 선정해보겠습니다.

여기 이 징크스라는 챔피언은

엄청나게 큰 폭탄을 발사합니다.

하지만 바람 장막은 이걸 또 막아냅니다(…)

그럼 수평으로 날아오는 폭탄을

오직 바람의 힘으로만

완전 수직으로 날려보내는 상황으로 가정할 수 있겠습니다.

3_계산

먼저 징크스의 폭탄에 대한 정보를 모아 보겠습니다.

이 폭탄은 공식적인 사이즈나 무게가 알려진 것이 없습니다.

따라서 추정치를 사용할 수밖에 없습니다.

또한 인게임의 데이터를 사용하기엔

게임에 최적화된 사이즈로 조절해 놔서

신뢰도가 매우 떨어집니다.

그래서 저는 징크스의 시네마틱 영상에서 힌트를 얻습니다.

징크스의 키는 160cm 정도 입니다.

그 비율대로 2D 스케치를 해줍니다.

스케치를 토대로 모델링한 폭탄의 무게는

약 200kg으로 계산됩니다.

미 공군에서 사용하는 마크 82 범용 폭탄이

길이 2.22m에 중량 227kg인 것을 볼 때

얼추 신뢰할 수 있는 값으로 판단됩니다.

한편 레딧의 한 유저가 계산한 바에 의하면

맵의 넥서스와 넥서스 사이의 거리는

약 457m라고 합니다.

또한 폭탄은 넥서스 사이를 약 7초만에 통과합니다.

따라서 폭탄의 속도는 457나누기 7

약 65.3m/s입니다.

징크스의 폭탄은 질량 200kg에 65.3m/s의 속도로 운동합니다.

이를 토대로 바람장막의 위력을 계산해보겠습니다.

폭탄은 빠른 속도로 날아오다가

바람에 맞고 그대로 수직으로 튕겨져 올라갑니다.

완전 비탄성 충돌 상황에서

운동량 법칙으로 계산하려 했으나

수직으로 충돌해 각도변화 없이 움직이는 운동은

물리법칙에 위배됩니다.

따라서 바람 장막의 초속을 정확히 계산하기는 불가능 합니다.

지금까지의 정보를 에너지의 관점에서 보면

바람 장막은 폭탄의 모든 운동 에너지를 상쇄시킵니다.

그럼 폭탄의 운동에너지는

1/2 곱하기 200 곱하기 65.3제곱은 426409줄이며

따라서 바람은 최소 426409줄의 에너지를 상쇄시켜야 합니다.

4_결론

야스오의 바람 장막을 에너지의 관점으로 계산해보았지만

여전히 어느 정도의 위력인지 체감하기 어렵습니다.

폭탄의 속도 65.3m/s는 235.08km/h입니다.

선수용 오토바이의 무게가 200kg이고

코너링 속도가 200km/h인 것을 볼때

야스오의 바람장막은

선수용 오토바이를 막아내는 꼴이 됩니다.

한편 바람의 세기별로 어느 정도인지 정리한 표가 있습니다.

초속 44m/s일 때 커다란 바위도 날아간다고 합니다.

어림짐작으로 이때의 바람이 야스오의 바람장막과 유사합니다.

그럼 올해 여름, 역대 풍속 순위 4위를 기록한

태풍 마이삭의 최고속도가 45m/s인 것을 볼 때

야스오의 바람장막은 태풍 마이삭 정도의 위력을 지녔다고 볼 수 있습니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 태풍급이라고 말할 수는 있습니다.

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※참고문헌

[외국. 저자 없음] Reddit. “SizeofSummonersRift”,

https://www.reddit.com/r/leagueoflegends/comments/17mpbp/teemo_the_system_of_units_si_ravenous_blabbering/(2020-11-02 방문)

[동영상] League of Legend. "형제의 피로 얼룩진 검 | 2020 영혼의 꽃 시네마틱", https://www.youtube.com/watch?v=7xmgRLTjxIw

※ 포스팅은 영상의 대본을 그대로 옮긴 것입니다.

영상으로 감상하시는 것을 추천드립니다!

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#3. 괴물

안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.

이번 영상에서는 영화에서 송강호가 괴물을 막는 장면이

말이 되는지 공학적으로 검증해보겠습니다.

1_사전지식

​

괴물은 몸무게 500kg에 몸길이 13.7m입니다.

영화 막바지 장면에서 송강호가 괴물을 쇠파이프 하나로 막는 장면이나옵니다.

단순하게 생각하면

빠르게 달려오는 500kg의 물체가

쇠파이프를 통해 손바닥과 충돌합니다.

쇠파이프를 고정하고 있는 저 손바닥이

뚫리지는 않을까 하는 궁금증이 생깁니다.

그럼 실제로도 괴물을 쇠파이프 하나로

손바닥이 뚫리지 않고 막을 수 있을 지

공학적으로 한번 풀어보겠습니다.

2_계산하기

첫 번째 가정, 손이 뚫리는 힘입니다.

만약 현실적으로 쇠파이프가 밀리는 힘을 버티지 못하면

저 손은 처참하게 뚫려버리겠죠.

그럼 살이 뚫리는 최소의 힘을 찾아야 합니다.

​

​

조사에 따르면 의사분들이 느끼기에

Epidurocopy에 사용하는 주사 바늘이

살을 뚫을 때의 느낌이

두부를 뚫는 느낌과 유사하다고 합니다.

​

​

그럼 두부가 균열을 일으킬 때의 힘을

살이 뚫리기 시작하는 힘으로 가정할 수 있습니다.

​

​

조사 결과 두부를 압력기로 눌러서

압력 별로 어떤 변화를 일으키는지를 관찰한 실험이 있습니다.

여기서 겨우 균열이 갈 정도의 힘을 보면

약 3500그램포스, 3.5키로그램포스입니다.

이를 뉴턴으로 바꾸면 34.3N이 나옵니다.

여기서 Epiduroscopy에 사용하는 주사바늘의 직경은

약 0.9mm입니다.

주사 바늘의 단면적은 4분의 파이 디제곱 = 0.64㎣이고

따라서 살이 뚫리는 최소 압력은

34.3N 나누기 0.64㎣

약 54MPa입니다.

결과적으로 손바닥에 걸리는

압력이 54MPa보다 작으면

송강호의 손은 실제로도 안전합니다.

​

두 번째 가정, 쇠파이프에 대한 정보입니다.

송강호가 쓴 쇠파이프는

표지판의 위아래를 떼어낸 것을 사용합니다.

이런 지주형 표지판은 검색결과

직경 60.5mm에 길이 2M 파이프를 사용합니다.

재질은 아연도금 강관을 사용하며

이는 탄소 강관으로 분류됩니다.

KS 규격에 따르면 일반구조용 탄소강관 SPS는

지름 60.5mm일 때 최고 두께 4mm를 사용합니다.

이때 단위 중량은 m당 5.57kg입니다.

따라서 길이 2m인 SPS의 중량은 11.14kg입니다.

정리하자면 주인공이 사용한 쇠파이프는

일반구조용 탄소 강관이며

직경 60.5mm, 두께 4mm, 길이 2m, 무게 11.14kg입니다.

세번째 가정, 괴물의 충격량입니다.

괴물의 속도는 고맙게도 디자이너의 오피셜이 있습니다.

괴물이 달리는 속도는 약 30~40km라고 했으며

이 장면에선 죽음의 위기 앞에서 다급하게 달렸을 것으로 판단되므로

약 40km/h로 달린다고 가정합니다.

단위를 조금 수정하면 40km/h는 약 11.1m/s입니다.

여기서 저희는 괴물의 충격량을 구할 수 있습니다.

괴물의 운동량이 전부 충격량으로 변화되고

속도가 일정한 등속도 운동을 한다고 가정하면

괴물의 충격량은 운동량과 같습니다.

이를 풀어 쓰면

힘 곱하기 시간은 질량 곱하기 속도

따라서 힘은 질량 곱하기 속도 나누기 시간입니다.

영상을 프레임 단위로 잘라본 결과

괴물에 쇠파이프를 충돌시키고 완전히 정지하기 까지는

약 1초 정도입니다.

그럼 쇠파이프를 통해 가해지는 괴물의 힘은

500 곱하기 11.1 나누기 1, 약 5,550N의 힘이 필요합니다.

마지막으로 모든 정보를 종합해 역학 해석을 해보겠습니다.

앞에서 구한 정보로 쇠파이프의 치수 및 재질을 적용하여

모델링을 진행합니다.

한쪽에 고정 구속조건을 주고

반대편에 힘 5,550N을 발생합니다.

그럼 이런 결과가 나오는데

가장 큰 하중이 걸리는 것으로 판단되는 곳에

프로브를 찍어보면 10.76MPa정도가 나옵니다.

3_결과

결과적으로 살이 뚫리는 압력 54MPa보다

손바닥에 걸리는 압력이 약 5배 정도 낮으므로

송강호의 손바닥은 안전한 것으로 결과가 나왔습니다.

괴물이 좀 더 무겁고 빠르거나

쇠파이프 두께가 얇다면

손바닥이 안전할지는 미지수입니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 안전하다고 말할 수는 있습니다.

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※참고문헌

[국내] 이우용, 정유성. (2002). “요추 척추관 협착증 환자에서 경막외내시경의 효과”, 대한통증학회지, 15(2), pp. 154-158

[국내] 한국건설기술연구원. (2015). “도로표지의 구조 및 제작방식 등에 관한 연구”, 국토교통부, pp.140-150

[국내] 국가기술표준원. (2018). “표준번호 : KS D 3566 (일반 구조용 탄소 강관)”, 기계융합산업표준과

[외국. 저자 없음] Texturetechnologies. “Overview of Texture Profile Analysis”, https://texturetechnologies.com/resources/texture-profile-analysis (2020-10-26 방문)

[국내. 저자 있음] 문석. (2006). “[괴물] CG 총괄한 오퍼니지의 케빈 래퍼티”. 9월 7일

※ 포스팅은 영상의 대본을 그대로 옮긴 것입니다.

영상으로 감상하시는 것을 추천드립니다!

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#2. 변강쇠 정력

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안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.

이번 주제는 변강쇠의 정력을

계산해보도록 하겠습니다.

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1.사전지식

영상에서 보면 엄청난 장면이 나옵니다.

첫번째, 엄청난 속도로 물을 방사하고

두번째, 낙하하는 바위를 밀어내고

세번째, 태양을 식혀버립니다(…)

저는 이 세 가지 장면으로

속도, 파괴력, 에너지의 관점에서

변강쇠의 정력을 추측해보도록 하겠습니다.

2.속도의 관점

우선 변강쇠의 경이로운 물의 방사는

0.05초만에 바위에서부터 화면 끝까지 도달합니다.

그럼 저 거리를 구하면 분사 속도를 구할 수 있습니다.

​

​

이 장면에서 물줄기의 직경은 변강쇠의 머리 크기와 비슷합니다.

그럼 변강쇠의 머리 크기를 특정해야 합니다.

​

​

이 사진을 보면 봉태규님의 머리길이가

마이크의 길이와 비슷합니다.

​

​

이 마이크는 검색결과

SHURE사의 slx2/beta58 모델입니다.

스펙 시트를 자세히 보면

마이크의 길이는 254mm입니다.

따라서 봉태규님의 머리 크기는 약 25cm입니다.

다시 이 장면으로 돌아오면 물줄기의 직경은 약 25cm라는 소리이고

따라서 이 장면에서 물줄기가 시작되는 지점의 수직길이가 25cm입니다.

이를 이용하면 물줄기의 수평 길이는

약 38m의 거리입니다.

​

​

그럼 다시 처음으로 돌아가 분사 속도를 구하면

분사 속도는 38나누기 0.05

760m/s입니다.

변강쇠는 직경 25cm의 물의 기둥을

760m/s의 속도로 분사합니다.

​

​

음속이 약 340m/s이고

760m/s는 마하 2.2정도 됩니다.

전세계 최강이라는 f22 전투기의 최대속력이 마하 2.4인 것을 볼 때

변강쇠의 활력은 전투기와 맞먹는 수준이라고 볼 수 있습니다.

​

3.파괴력의 관점

떨어지는 바위와 부딪히는 힘은 의외로 쉽게 구할 수 있습니다.

바위와 부딪히는 순간에

바위가 판이라고 가정한다면

판에 수직분류가 충돌할 때 작용하는 힘 F는

​

​

유체의 운동량 방정식에 의해

밀도 곱하기 단면적 곱하기 속도 제곱입니다.

여기서 단면적은 물줄기의 단면적을 적용합니다.

또한 복잡하지 않게 이상적인 물의 상태를 가정합니다.

그러면 물의 밀도 1000kg/㎥ 곱하기

물줄기의 단면적 4분의 파이 곱하기 0.25^2 곱하기

분사 속도 760^2을 하면

28,352,873kgf, 약 28킬로톤의 위력을 지닙니다.

​

​

역사적으로 실제로 사용된 핵무기 중

히로시마에 떨어뜨린 원자폭탄 ‘팻 맨’의 위력이

21킬로톤입니다.

따라서 변강쇠의 활력은

거의 핵폭탄 급의 위력을 지니고 있습니다.

4.우주적 관점

가장 어이가 없고 스케일이 남다른 부분입니다.

따라서 계산 과정이 매우 빈약한 논리를 띄고 있음을 미리 말씀드립니다.

우리는 태양까지 물줄기가 나아가는 것 보다

태양이 일부 식는 것에 주목할 필요가 있습니다.

우선 불이 꺼지려면

발화하고 있는 물질의 발화점보다

낮은 온도로 낮추어야 합니다.

태양 표면은 76%의 수소로 이루어져 있습니다.

수소의 발화점은 약 500도입니다.

태양은 약 5600도로 타오르고 있죠.

그럼 태양이 일부분이라도 식으려면

5100도, 약 5370K의 온도변화를 주어야합니다.

수소의 정압비열은 14.9kJ/㎏·K입니다.

그럼 단위 질량 당 엔탈피의 변화량을 구할 수 있는데

정압비열 Cv는 엔탈피 변화량 나누기 온도 변화량이고

따라서 엔탈피 변화량은 온도 변화량 곱하기 정압비열

14.9 곱하기 5370 = 80,013kJ/kg입니다.

따라서 태양 표면이 일부 식으려면

단위 질량 당 8만kJ의 에너지가 필요합니다.

여기서 국소부위의 수소 질량을 특정하기가 어렵습니다.

영화적 표현상 만일 지속해서 물이 태양에 닿는다면

태양의 모든 수소가 소화될 수도 있다고 판단됩니다.

따라서 태양의 질량 1.989*10^30kg 중

수소의 비율 74%를 적용하면

약 1.472*10^30kg의 수소가 소화되며

이 모든 수소가 소화되기 위해 필요한 에너지는

80,000*1.472*10^30=11.8*10^34kJ입니다.

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어느 정도인지 위력을 확인해봅시다.

전력 소비량의 단위인 Wh(와트시)로 비교해보면

1Wh는 3.6kJ입니다.

따라서 태양의 모든 수소가 소화되기 위해서는

약 3.3E+31kWh의 전력 소비량이 필요합니다.

2016년 세계 전력 소비량은 약 2.1E+14kWh입니다.

이를 3.3E+31kWh에 나누면

약 1.57E+17이 나옵니다.

따라서 태양의 모든 수소가 소화되기 위한 에너지는

조 단위를 넘어서

전세계가 약 15경 년 동안 쓸 에너지가 필요합니다.

참고로 지구의 수명은 약 46억년이고

세계 최초의 발전소는 약 150년 전 건설되었습니다.

5.결론

계산 결과, 변강쇠의 활력세기는

F22 전투기, 히로시마 원자폭탄을 넘어서

가늠하기조차 어려운 15경년의 전세계 에너지 소비량까지 도달했습니다.

계산을 하고 보니 정말 터무니없는 결과가 아닐 수 없습니다.

그만한 에너지를 방출하고도 소중한곳의 원형을 보존할 수 있다면

변강쇠는 활력의 대명사, 그 자체라고 표현할 수 있겠습니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 15경년이라고 말할 수는 있습니다.

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다음편에서 만나요 안녕!

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※참고문헌

[국내] 에너지경제연구원, (2019). “세계 에너지시장 인사이트 제 19-12호”, 3p

[국내] 최윤석. 양승용. 진성월. (2007). “유동해석을 통한 물 분사용 비데 노즐 설계”, 한국전산유체공학회지, pp.8-12

[국내] 이현진. 이현진. 양병주. 명노신. 김원철. (2018). “무인 전투기의 배기 노즐 형상 및 Jet On/Off에 따른 열유동장 특성에 관한 전산 해석”, 경상대학교 기계항공공학부, 경상대학교 항공우주특성화대학원, 국방과학연구소 제7기술연구본부

※ 포스팅은 영상의 대본을 그대로 옮긴 것입니다.

영상으로 감상하시는 것을 추천드립니다!

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#1. 캡틴아메리카 3대

안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.

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첫 주제는 캡틴 아메리카의 3대 중량을 계산해보도록 하겠습니다.

0.사전지식

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보통 3대라고 하면

벤치, 스쿼트, 데드리프트

이 운동을 딱 한번 들 수 있는 무게를 다 합친 것을 말합니다.

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여기서 딱 한번 들 수 있는 무게를 1rm(One repetition maximum)이라고 표현합니다.

저는 캡틴아메리카의 1RM을 구해야 하는 것이죠.

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실제로 3대 운동의 세계기록은

올해 5월 3일 기준

스쿼트 577.5kg

벤치프레스 488.5kg

데드리프트 501kg

3대 중량 합산 1407.5kg입니다.

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초인인 캡틴은

이 기록들을 뛰어넘을 수 있을까요?

단서를 찾아봅시다.

1.벤치

먼저 벤치프레스입니다.

벤치프레스는 고맙게도 캡틴이 실제로 하는 장면이 나옵니다.

이 장면에서 캡틴은 1000kg으로 벤치프레스를 합니다.

벤치 프레스를 하면서 말도하고 굉장히 여유로운 모습인 것을 볼 때

지금하고 있는 세트는 워밍업세트로 판단됩니다.

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보통 워밍업은 10에서 12회 정도가 국룰이며

캡틴 까오가 있지 3회를 더 든다고 가정하면

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1rm 추정공식에 의해

1000+1000*0.025*15=1375kg이 나옵니다.

따라서 캡틴 아메리카의 벤치프레스 1rm은 1375kg으로 추측할 수 있습니다.

2.스쿼트

스쿼트는 상체에 중량이 있는 상태로

앉았다 일어나는 동작입니다.

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이와 비슷한 동작을 찾아보면

캡틴 아메리카 윈터 솔져 중

무너진 콘크리트 벽을

최대한의 노력으로 들어 올리는 장면이 있습니다.

이를 스쿼트 동작으로 가정을 한다면

건물 잔해의 무게를 구해서 스쿼트 1rm을 추측할 수 있겠죠.

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영상 속 잔해는 하수구의 입구를 완전히 가려서

암실처럼 만들어버립니다.

그럼 하수구의 넓이가 건물 잔해의 최소 사이즈가 됩니다.

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하수구의 넓이를 구하기 위해 캡틴 아메리카의 신발 사이즈를 찾아봅니다.

캡틴 아메리카의 신발사이즈는 미국기준 10, 한국 사이즈는 280mm입니다.

피피티에서 캡처한 사진 비율을 조절하고

하수구에 선을 그어 계산해보면

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가로길이 3m 세로길이 1.2m정도 나오고

콘크리트 벽의 두께를 0.4m로 가정하면

콘크리트 벽의 최소 부피는 1.44㎥입니다.

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콘크리트의 밀도는 2466.407kg/㎥이고

밀도=무게/부피이기 때문에

콘크리트 잔해의 최소 무게는 콘크리트 밀도 곱하기 부피,

그러니까 1.44*2466.407=3551.625kg

따라서 캡틴 아메리카는 최소 3550kg의 스쿼트 수행능력을 보유하고 있습니다.

3.데드리프트

데드리프트는 바닥에 있는 중량을 들어올리는 운동입니다.

고맙게도 윈터솔져 중에 철골 자제물을 완벽하게 데드리프트 하는 장면이 나옵니다.

그럼 저 철골의 무게를 구하면 데드리프트 1rm이 나오겠죠.

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철골 잔해는 자유형상이기 때문에 모델링을 해봅니다.

100% 똑같지는 않지만 대충 크기가 비슷하기 때문에

유사한 값을 얻을 수는 있습니다.

무게가 약 12,247kg이 나옵니다.

결과적으로 캡틴은 무려 12톤의 데드리프트 기록을 갖게 됩니다.

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4. 결론

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결과적으로 캡틴은

벤치프레스 1375kg

스쿼트 3550kg

데드리프트 12240kg

도합 17,135kg

약 17톤의 3대 중량을 기록했습니다.

물론 모든 과정은 공학적 지식을 기반으로 한 헛소리입니다.

가볍게 즐겨주시고

나중에 갑자기 이 주제가 여러분에게 질문으로 다가온다면

영상을 보여주며 17톤이라고 말할 수는 있습니다.

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다음편에서 만나요 안녕!

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