[유사과학] 누구의 거미줄이 제일 쎌까? 계산해보았다.
※ 포스팅은 영상의 대본을 그대로 옮긴 것입니다.
영상으로 감상하시는 것을 추천드립니다!
#5. 스파이더맨
안녕하세요. 유사과학으로 돌아온 줌석입니다.
이번 영상에서는 스파이더맨의 거미줄을
파헤쳐보도록 하겠습니다.
1)사전지식
스파이더맨은 마블의 히어로 중 하나입니다.
스파이더맨의 역사는 생각보다 더 깁니다.
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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.
글이 재밌으셨다면 유튜브 "유사과학" 채널도 많이 응원해주세요!
다음편에서 만나요 안녕!
※참고문헌
[외국] Michael P. Wetherell, P.E.. “NYCT Subway Car Program Progress Update to CPOC”, 2012-11-26
