STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

우리 친구 어벤져스를 재미있게 봤나 보네요. 번개는 영화에서 강력한 무기가 되었지만, 현실에서는 아주 위험하고 큰 피해를 주기도 합니다. 그럼, 왜 번개가 생기고 어떻게 피할 수 있는지 자세히 알아볼까요?

l 번개는 정말로 ‘천둥의 신’ 토르가 만들어요?

먼저 번개를 알아보도록 해요. 번개는 대기의 불안정을 일으키는 구름이 생성되면서 발생합니다. 구름 속에는 양전하와 음전하를 띠는 입자들이 있는데, 둘이 만나 순간적으로 전기를 만드는 현상을 우리는 ‘번개’라고 부릅니다.

가끔 이 현상은 구름과 지표면 사이에도 나타나는데, 이것을 ‘낙뢰(落雷)’ 또는 ‘벼락’이라고 해요. 이 낙뢰의 전압은 무려 1억 볼트로 집에서 쓰는 전기의 50만 배에 해당한다고 해요. 우리는 구름 속의 번개보다 지표면의 낙뢰를 조심해야겠죠!

l 콰과쾅! 천둥소리가 무서워요… 토르가 화난 건가요?

번개가 치게 되면 순간 방전으로 높은 열이 발생하게 돼요. 이때 주변의 공기를 급속히 팽창시켜 파열음이 발생하는데, 이 파열음을 우리는 ‘천둥’이라고 불러요. 토르가 천둥의 신이면 아주 시끄러운 신이라고 할 수 있겠네요. ㅎㅎㅎ

이 천둥소리로 번개와의 거리도 측정도 가능하답니다. 빛이 소리보다 빠르기 때문에 번개가 먼저 치고, 몇 초가 지나서야 천둥소리를 들을 수 있기 때문이죠.

따라서 번쩍거리고 곧바로 천둥소리를 듣게 되면 가까운 곳에서 일어난 번개, 소리의 간격이 길어질수록 먼 곳에서 일어난 번개임을 알 수 있습니다.

l 토르는 비켜라! 우리에게는 피뢰침이 있다.

지금까지 ‘번개’와 ‘낙뢰’를 알아봤어요. 이제 낙뢰를 피할 수 있는 방법을 알려 줄게요. 쉿! 악당들에게는 비밀입니다. 토르가 화낼 수 있거든요.

우리 친구! 피뢰침(避雷針)에 대해서 들어본 적이 있을 거예요. 피뢰침은 번개로부터 피할 수 있게 해주는 뾰족한 금속 막대기랍니다. 높은 건물의 꼭대기에 세운 다음, 전기가 잘 통하는 구리선을 땅속까지 연결해 벼락이 칠 때 흐르는 큰 전류가 다른 곳으로 흐르지 않고 바로 땅속으로 들어가게 해줘요.

피뢰침은 크게 돌침부, 피뢰도선, 접지전극(접지선) 의 세 부분으로 구성되요. 우리가 흔히 보는 삼지창 같은 막대기 모양의 피뢰침이 바로 돌침부의 돌침인데, 과거에는 구리 또는 용융아연도금 스틸로 만들어졌다가 스테인리스 스틸 소재로 변경되면서 디자인도 삼지창에서 일반 창으로 변경되었다고 해요. 돈키호테 창처럼 생겨서 재미있네요.

피뢰침은 주로 구리, 알루미늄, 아연용융도금 소재 등의 전도성이 뛰어난 금속으로 많이 제작했지만, 시간이 지나면서 부식 문제가 발생되었어요. 장시간 외부에 노출된 구리, 알루미늄 등 금속이 부식돼 제 역할을 하지 못하는 경우가 빈번히 발생한 거죠.

그래서 최근에는 부식에 매우 강한 스테인리스 스틸 피뢰침이 일반적으로 사용되고 있답니다. 스테인리스 스틸이 낙뢰도 막아 준다니! 놀라운 사실을 알게 됐네요.

이렇게 예상치 못한 부식을 해결하고, 낙뢰로부터 우리를 안전하게 지켜주는 스테인리스 스틸의 활약! 역시 스틸계의 게임 체인저라 불릴만하네요!

자 우리 친구… 스테인리스 스틸로 만든 피뢰침이 있어서 번개가 쳐도 무섭지 않죠? 다음 시간도 호기심을 채워줄 흥미로운 이야기를 들고 돌아올게요~ 안녕!

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

거인이라… 우뚝 서 있는 타워크레인은 건설현장의 사령관과 같으니 제법 적절한 비유 같네요. 실제로 타워 크레인 없는 고층건물은 상상도 못하죠. 타워크레인을 이야기하기 전에 먼저 아주 옛날의 건축 방식으로부터 시작해 볼게요.

이집트 북부 기자(Giza) 지역에 있는 피라미드는 세계7대 불가사의 중 하나로 꼽히는데요! 기원전 2500여 년 전, 고대 이집트인들은 2.5톤이 넘는 블록 230만개를 쌓아 올려 높이 147m, 가로·세로 230m에 달하는 거대 피라미드를 만들었다고 해요.

당시 어떠한 방법으로 석재를 운반했는지 정확히 알려지지 않았으나, 많은 학자들은 피라미드 측면에 경사로를 만들어 나무토막으로 만든 굴림대를 이용해 옮겼을 것으로 추정 합니다.

피라미드를 건설하는데 약 20년이 걸렸다고 하는데, 계산해 보면 2.5톤이 넘는 블록을 시간당 13개 이상 밤낮으로 쌓아 올렸다는 결과가 나오는데요. 외계인이 만들었다는 말이 그냥 나오는 것이 아니랍니다.

l 타워크레인이 건축 시공의 ‘게임 체인저’ 역할을 한다고요?

만약 기자 피라미드를 쌓아 올릴 때, 현재의 크레인이 있었으면 어땠을까요? 수십 톤의 건설 자재를 분당 50~80m 이상의 속도로 들어 올리는 크레인을 사용했다면, 피라미드 건설에 2~3년이 채 걸리지 않았을 겁니다.

크레인의 발명은 기원전 6세기 고대 그리스로 올라가는데, 고대 그리스인들은 기다란 나무 기둥에 도르래를 달아 무거운 대리석을 들어 올려 파르테논 신전 같은 건축물을 세웠다고 해요. 우리나라는 1794년 정조 18년에 다산 정약용이 수원성 축성을 위해 제작한 거중기(擧重機) 가 최초의 크레인으로 기록되어 있습니다.

현대 건축물은 구조 역학 기술의 발달로 초고층, 대형화 되는 추세라고 해요. 따라서 무거운 자재를 더 높이 들어올려야 하는데, 이 문제점을 해결하기 위해 발명한 건설기계장비가 바로 타워크레인 (Tower Crane)입니다.

스틸로 제작된 타워크레인은 이름 그대로 탑처럼 높은 크레인을 말하는데. 3톤 이상의 무거운 중량물을 상하·전후·좌우 어디로든 운반할 수 있어, 도심지의 아름다운 스카이라인과 랜드마크 시공을 가능케 합니다.

포스코의 건설용 프리미엄 고강도강 제품인 HSA650^*이 적용된 대표적인 프로젝트로 제2롯데월드 타워, 동대구 복합환승센터, 인천공항 제2여객터미널 등이 있는데, HSA650으로 제작된 기둥과 보를 설치하기 위해 타워크레인으로 중량물을 들어올리는 계획을 선제적으로 검토했다는 공통점을 가지고 있습니다.
^*HSA650(High Strength Steel for Architecture) : 650Mpa급 높은 항복강도와 내진성능을 함께 확보한 건축 구조용 강재

l 타워 크레인은 어떤 과학적 원리가 숨어있나요?

타워크레인은 크게 T(T-Tower Crane)형과 L(Luffing Crane)형으로 구분할 수 있어요. T형은 수직기둥인 타워마스트(Tower Mast)와 크레인의 수평팔인 지브(Jib)가 직각을 이루기 때문에 T자처럼 생겼으며, L형은 작업반경 내 장애물 간섭을 피하기 위해 지브를 수직으로 들어 올려 L자 모양으로 꺾을 수 있다고 합니다.

타워크레인은 정약용 거중기의 도르래 원리와 아르키메데스 지렛대의 원리를 동시에 따르고 있어요. 총 4개의 움직도르래가 장착돼 있는 트롤리 활대(Trolley Pulley)에 짐을 매달 수 있는 갈고리(Hook)를 메달아 크레인이 가지고 있는 원래 동력원의 힘보다 8배를 더 들어 올릴 수 있고, 받침점 역할을 하는 운전석을 기준으로 뒷부분의 수평팔인 카운터지브에 콘크리트로 만든 평형추를 매달아 앞의 지브와 무게 균형을 잡고 있습니다.

트롤리 할대를 받침점에 가까운 지점으로 이동시키면 더 많은 중량물을 들어 올릴 수 있다는 것을 지렛대의 원리로 알 수 있는데, 실제로 현장에서도 무거운 중량물은 받침점에 최대한 가깝게 이동시켜서 들어올립니다.

l 타워크레인은 어떻게 키가 커져요?

타워크레인이 분주하게 움직이는 건설현장을 본 적이 있을 것에요. 그러다 어느날 갑자기 타워 크레인의 키가 더 커져있는 것을 보고 불현듯 든 생각… 도대체 타워 크레인은 누가 올렸던 것일까요?

타워크레인 운전석 바로 아래는 타워크레인을 인상(Telescoping^*)하기 위한 작업 공간을 제공하고, 크레인 상부를 지탱하며 유압실린더 및 가이드 레일 등이 부속되어 있는 ‘텔레스코픽 케이지(Telescopic cage)’가 있습니다.

타워크레인 인상은 텔레스코픽 케이지의 유압실린더를 이용해 가이드 레일을 따라 운전석을 3m가량 상승시켜 빈 공간을 만들고, 기둥 역할을 하는 마스트를 추가로 삽입한 후 볼트로 고정시켜요. 새 마스트 높이만큼 타워크레인의 키가 커지는 것이죠.

^*텔레스코핑(Telescoping) : ‘끼워 넣다’의 뜻으로 타워크레인의 기초부가 일정한 상태에서 새로운 마스트를 추가하여 상승하는 방법.

기초가 철근콘크리트로 고정된 타워크레인은 건축물 층마다 일정간격으로 스틸 지지대 (Bracing)를 설치하면 150m 이상까지도 올릴 수도 있습니다.

인류가 만든 가장 우수한 건설 장비라는 타워크레인의 비밀… 알고 보니 오래된 역사와 많은 과학적 지식이 집약된 결정체였네요. 그리고, 이는 극한의 힘을 지탱하게 해주는 고강도 스틸 소재가 뒷받침되서 가능했다는 사실! 오늘 STEEL TALK코너로 알아 봤습니다.

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

l 휴지인 듯 휴지 아닌 휴지 같은 너, 코일

돌돌 말린 스틸 제품이 두루마리 화장지로 보였다니, 우리 친구의 호기심과 상상력이 놀랍네요!

철강재는 생김새에 따라 크게 두 가지로 구분돼요. 봉형강류와 판재류인데요. 봉형강류(Long Products)는 가래떡처럼 길쭉하게 생긴 철강재예요. 공사현장에서 쉽게 볼 수 있는 철근이 대표적이죠.

반면 판재류(Flat Products)는 말 그대로 얇은 판 형태로 만든 철강재예요. 후판, 열연강판, 냉연강판, 전기강판, 도금강판, 스테인리스 강판처럼 이름에 ‘판(板)’이 들어가죠. 포스코의 제품들은 대부분 판재류에 속하는데, 고품위 쇳물을 바탕으로 여러 단계의 복잡한 공정을 거쳐 만들어지기 때문에 많은 고급기술을 필요로 한답니다.

또한 판재류는 그 쓰임새가 아주 광범위해서, 우리가 매일 사용하는 핸드폰부터 자동차, 선박, 대형 구조물, 건축물 내외장재 등이 다 판재류 스틸을 이용한 거예요. 오늘날 지구상에서 생산되는 철강재는 반 이상이 판재류라고 해요.

친구가 고속도로에서 본, 긴 강판을 두루마리 휴지처럼 돌돌 말아놓은 형태는 흔히 ‘코일(Coil)’이라고 불러요. 두꺼운 후판 제품을 제외하면 대부분의 판재류 제품은 코일 형태로 감아져서 수요처로 수송돼요. 이후, 돌돌 말린 코일은 원하는 만큼 풀어서 용도에 맞게 절단, 가공하여 사용해요. 필요한 만큼 풀어 쓰는 두루마리 휴지처럼 말이죠.

그러면 어차피 다시 풀어야 쓸 수 있을 텐데 무거운 스틸을 왜 코일로 만드냐고요? 우리 친구가 코일을 보며 떠올린 바로 그것! 두루마리 휴지를 생각해 보면 그 이유를 알 수 있어요.

두루마리 휴지의 가장 큰 장점은 많은 양을 쉽고 간편하게 보관할 수 있다는 거예요. 낱장으로 포장한 휴지를 화장실에 쌓아놓는다고 생각해 보세요. 두루마리 휴지보다 훨씬 더 넓은 보관 공간이 필요하겠죠? (훗날 수학 시간에 배울 텐데, 최소 면적에서 가장 큰 부피를 얻을 수 있는 입면체는 원기둥이랍니다. 코일을 눕혀놓으면 원기둥 모양이 되죠) 부피가 작으니 휴대성 또한 두루마리 휴지가 훨씬 뛰어날 것은 당연지사!

친구의 호기심 가득한 얘기를 듣고 두루마리 휴지는 도대체 누가, 언제 발명했는지 알아봤어요. 기록에 따르면 1890년 스콧 형제가 세운 스콧페이퍼(Scott Paper Company)에서 처음으로 휴지심을 만들어 돌돌 말아 두루마리 형태의 화장지가 대중화가 되었다고 하네요.

l 스틸, 이래서 돌돌 말아놓습니다!

자, 다시 코일 얘기로 돌아가 볼까요? 포스코 이모 삼촌들이 스틸을 돌돌 말아놓는 이유, 눈치챘나요? 맞아요. 크고 무거운 스틸도 돌돌 말아 놓으면 운반과 보관이 쉽기 때문이에요.

스틸 소재는 사용자의 요구에 의해 다양한 두께와 폭으로 만들어지는데, 이전 스틸톡(세상에서 제일 얇은 스틸, 두꺼운 스틸은?)에서 설명했던 것처럼 두루마리 화장지의 평균 두께(0.35mm)보다 훨씬 더 얇은 두께(0.2mm)로도 만들 수 있어요.

보통 코일 1개당 무게는 20~30t 정도. 판의 크기가 너무 크면 여러 개를 운송하기가 어려울 텐데, 두루마리의 모양의 스틸은 이동과 보관에 엄청난 이점이 있죠. 게다가 코일 형태는 외부에 노출되는 표면적을 최소화할 수 있어 결함을 방지하는 데도 아주 탁월해요. 그래서 오늘날 돌돌 말린 코일은 판재류 스틸의 가장 대표적인 모습이 됐답니다. 자동차와 가전제품, 스틸 구조물, 강관 등 우리 일상에서 두루 사용되는 철강 제품으로 탄생하는 두루마리 스틸의 변신! 멋지지 않나요?

언제부터 두루말이 형태의 스틸 코일이 도입됐는지 궁금하다고요? 철강관련 서적(Primer on Flat Rolling, John G. Lenard 저)에 따르면 1924년도 미국에서 처음으로 시작되었다고 해요. 물론 당시의 방식이 오늘날과 원리는 비슷해도 기술 수준은 엄청 차이가 났을 거예요.

코일 형태로 만들어 보관, 이동하는 방법을 고안함으로써 철강 사용량이 크게 증가했음은 두말할 나위 없죠. 우리 친구의 호기심 가득한 눈을 통해 사용자가 편리하게 사용할 수 없으면 좋은 물건도 많이 쓰일 수 없다는 역사의 교훈도 덤으로 얻네요.

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

국토의 70%가 산지인 우리나라는 차를 타고 달리다 보면 크고 작은 터널을 쉽게 볼 수 있어요. 국토교통부의 조사에 따르면 지난해 기준 국내 도로에는 총 2,682개의 터널이 있다고 해요. 그중 고속도로에만 1,204개의 터널이 존재한다고 하니 우리 친구가 할머니 댁에 다녀오는 길에 터널을 엄청 많이 만날 법도 하네요~

그런데 터널을 통과할 때마다 뭔가 공통점을 발견하지 않았나요? 맞아요! 터널은 모두 둥근 모양이에요. 거대한 산속을 통과하는 터널이 무너지지 않고 버틸 수 있는 비결은 바로 이 둥그런 아치 구조에 있답니다.

l 터널이 튼튼히 버틸 수 있는 이유는? 바로 둥근 모양에 있다!

아치(arch)는 구부러진 곡선 구조를 말해요. 아치 구조는 위에서 누르는 힘을 곡선을 따라 아래로 분산시켜 하중을 줄여주기 때문에 예부터 구조적으로 우수한 건축기법으로 손꼽혔어요. 내부가 뚫려 있는 터널이 산의 무게를 거뜬히 버틸 수 있는 건 터널 위에 쌓여있는 흙과 암석의 무게를 아치 구조를 통해 밑으로 내려 바닥이 하중을 견딜 수 있도록 하기 때문이에요. 이런 원리를 공학 용어로는 ‘아칭 효과 (Arching Effect)’라고도 불러요. 만약 터널이 사각 구조였다면 평평한 천장에 하중이 집중되어 균열이 발생하고 무너질 우려가 있어요.

우리 친구, 바닷가에서 두꺼비집이나 모래성 만들어 본 적 있죠? 동그랗게 만든 두꺼비집은 손바닥으로 세게 두드려도 잘 깨지지 않는 반면, 네모반듯하게 쌓은 모래성은 손바닥으로 살짝 누르기만 해도 쉽게 무너지는 것과 같은 원리에요. 터널이 아치 구조를 고집하는 이유, 이제 알겠죠? 터널 외에도 아치 형태는 다리나 건물 등 우리 주변에서 쉽게 찾을 수 있어요. 우리 몸의 무게를 견디는 발바닥도 아치 모양으로 되어있고, 장기를 보호하는 갈비뼈도 아치 형태랍니다.

아치 구조를 여러 방향으로 더하면 천장이 사방으로 동그란 돔(dome) 구조가 돼요. 둥근 그릇을 엎어놓은 모양인 돔 구조는 아치 구조의 입체적인 형태라고 할 수 있어요. 돔 구조는 위에서 누르는 힘을 둥그런 천장을 따라 구조물 전체에 분산시키기 때문에 기둥이 없이도 스스로 버틸 수 있어요. 이게 바로 야구장이나 축구장을 실내 구장으로 만들 때 돔 구조를 적용하는 이유랍니다. 실내 구장에 기둥이 잔뜩 있으면 제대로 경기를 할 수 없겠죠? 이렇게 아치 구조와 돔 구조는 수직 하중을 수평 방향으로 분산시켜 큰 무게를 지탱하는 동일한 과학적 원리가 작용해요.

l 천장이 울룩불룩한 터널의 비밀!

이런 아치, 돔 구조 원리는 스틸을 만들 때도 그대로 적용된답니다. 평평한 강판보다 구불구불 아치 모양으로 생긴 강판이 훨씬 더 강하거든요! 그럼 아치 구조의 터널에, 아치 구조의 강판을 적용하면 어떨까요? 당연히 더 강하고 안전한 터널을 만들 수 있겠죠? 바로 위에 있는 사진처럼요.

사진 속 터널은 남산 버티고개에 있는 생태터널이에요. 사람과 동물이 도심 속에서도 안전하게 길을 건널 수 있도록 만든 터널인데요. 자세히 보면 터널 천장이 울룩불룩한 거 보이나요? 맞아요. 이게 바로 구불구불 곡선을 넣은 강판으로 만든 터널이랍니다. 이런 강판은 ‘파형(波形)강판’이라고 불러요. 파형강판은 평평한 강판보다 강성^*이 높아 더욱 안전한 터널을 만들 수 있어요. 좀 더 자세히 알아볼까요? ^*강성(强性): 하중을 받는 구조물이나 부재가 변형에 저항하는 성질.

l 평평한 스틸보다 구불구불한 스틸이 강하다?

파형강판은 일반 강판에 비해 단면계수가 10~30배 높데요. 단면 계수는 하중을 지탱하기 위해 견뎌야 하는 정도를 숫자로 나타낸 거라 생각하면 쉬워요. 단면 계수가 높을수록 하중에 대한 저항력이 높답니다. 그 원리도 터널에서 본 아치 구조에서 찾을 수 있어요. 강판에 아치 모양으로 굴곡과 높이를 만들어 강성을 극대화한 거죠.

위 그림처럼 강판 위에 무거운 물체를 올려놓는다고 가정해볼까요? 평평한 강판은 수직 하중을 그대로 받기 마련이지만 파형 강판은 윗부분의 무게가 파형강판의 곡선을 따라 분산되기 때문에 같은 두께라도 더 큰 힘을 견딜 수 있어요. 이렇게 강한 파형강판은 큰 무게를 견뎌야 하는 터널은 물론이고, 광물을 실은 거대한 트럭이 오가는 광산 진입 도로, 강력한 방호 성능이 필요한 탄약고, 방호벽 등 국방시설에도 쓰인답니다.

속이 텅텅 빈 터널이 터널을 둘러싸고 있는 흙과 암석의 무게를 거뜬히 버텨내는 비결, 구불구불한 강판이 평평한 강판보다 강한 이유는 ‘아치 구조’의 같은 과학적 원리에서 비롯된 거였네요. 우리 친구, 이제 아무리 긴 터널을 만나도 겁먹을 필요 없겠죠?

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

우리 친구 고려청자의 매력에 푹 빠졌네요. 예로부터 푸른빛으로 유명했던 고려청자는 세계 어디서도 흉내내기 어려운 독특한 색감으로 명성이 자자해요. 색깔이 얼마나 아름다웠는지 12세기 송나라 사신 서긍(徐兢)은 고려청자를 두고 ‘고려는 빛깔이 푸른 도자기를 만드는데 그 색감을 말로 형용할 수 없다’며 신비로운 색인 ‘비색(翡色)’이라고 표현할 정도였죠.

▲청자 참외 모양 병(좌) 국보 94호, 청자 음각 무늬 조롱박 모양 주전자(우) *출처=국립중앙박물관

옛날엔 화려한 색상을 표현할 수 있는 물감도 없었을 텐데 어쩜 이렇게 은은하고 신비로운 빛깔을 만들어낼 수 있었을까요? 비결은 고려시대 도공들의 만능 물감, ‘철’에 있답니다.

l 쓱쓱, 철로 그림을 그려요

철이 어떻게 물감이 될 수 있냐고요? 제철소에서 생산된 스틸은 기본적으로 은회색이지만 그 원료인 철은 알고 보면 적색, 갈색, 심지어 흑색인 것도 있답니다.

철은 다른 물질과 결합하는 화학반응을 통해 우리가 몰랐던 다양한 색깔로 변신해요. 산소와 만나면 붉은빛을 띠게 되고, 복잡한 화학성분을 만나면 짙은 파란색으로도 변한답니다. 이러한 특성 때문에 산화철은 예로부터 안료로 널리 사용됐는데요. 이미 10만 년 전부터 바디 페인팅 용으로 산화철을 사용했고, 벽을 도색할 때도 산화철에서 색을 얻어 썼다고 해요.

눈치챘겠지만 고려청자의 비취색도 철의 화학 반응으로 나타나는, 우리가 몰랐던 철의 색 중 하나예요. 청자를 만들 때 바르는 흙이나 유약에 포함된 ‘산화철(FeO, Fe₂O₃)’이 가마 속 ‘불꽃’과 만나 화학반응을 한 결과물이죠. 좀 더 자세히 설명해 줄 테니 잘 따라오세요!

l 고려청자 비색의 숨은 비밀, “산화철의 환원”

고려청자를 구울 땐 산소 함량이 낮은 밀폐된 가마(전문용어로는 “환원염”이라고 해요)에서 구웠다고 해요.^* 가마에는 땔감을 태울 산소가 부족하다 보니 연소 시, 시커먼 연기와 그을음, 그리고 일산화탄소(CO)가 발생하는데요. 이 일산화탄소는 반응성이 무척 강해서 다른 물질에 붙어있는 산소(O)를 떼어내 안정적인 상태가 되려는 성질이 있어요. 그래서 청자 표면에 있던 산화제이철(Fe₂O₃)에서 산소를 빼앗아 이산화탄소(CO₂)가 된 뒤 공기 중으로 사라져버리죠.

^*토기를 굽는 데는 외부의 공기를 차단하여 내부의 산소를 모두 태우게 하는 불인 환원염과 외부공기가 직접 공급되어 산소와 화합된 불인 산화염을 이용하는 2가지 방식이 있다.

청자 표면에 있던 산화제이철은 산소를 잃고 산화제일철(FeO)로 환원되는데요. (물질에서 산소가 분리되는 화학작용이 ‘환원’이라는 건 이미 배웠죠? 잘 기억나지 않는다면 여기를 참고해 주세요!) 이 산화제일철은 산소 하나와 철 하나가 결합해 이온값이 +2인 산화철이에요. 이 +2가 철이온이 많으면 푸른색을 내기 때문에 유약과 작용하여 청자도 푸른 비취색을 띠게 되는 거랍니다. 화학식으로 정리해 볼까요?

Fe₂O₃+CO→2FeO+CO₂

“불완전연소로 생긴 일산화탄소가 청자 표면에 있는 산화철을 환원시키고, 환원된 산화철에 함유된 철 이온 때문에 청자가 비취색을 띤다!” 어렵지 않죠?

l 고려청자 만들기는? 쉽지 않아요 ㅠ_ㅠ

그럼 놀이터에 있는 흙으로 도자기를 빚어 유약을 바르고 가마에서 구우면 비취색 청자를 만들 수 있냐고요? 아쉽지만 그럴 수 없어요. 도자기를 만들 수 있는 흙은 많지만 비취색 청자를 만들 수 있는 흙은 따로 있거든요.

비취색 청자를 만들 땐 철분 함유량이 낮은 미세한 입자의 흙을 써야해요. 왜냐면 흙 속에 철이온이 적을수록 연한 녹색을 띠고, 많을 수록 진한 갈색을 띠거든요. 철 함유량이 낮아야 초벌 구이 시 표면에 낮은 산화철이 생성되고, 밀폐된 가마에서 구울 때에 낮은 농도의 철 이온을 유지해서 비취색이 발현될 수 있어요. 흙에 든 철의 양은 우리가 쉽게 조절할 수 없기 때문에 아쉽게도 주변에 있는 흙으로는 비취색 청자를 만들기 어렵다고 합니다. (어느 물리학자가 고려청자의 고장인 전남 강진에서 많은 고려청자 조각을 조사하여 밝혀낸 사실이랍니다~)

고려청자는 제작 방법 자체가 비법이었기 때문에 일반에 공개되지 않았어요. 16세기 이후에는 비법 전수도 끊기는 바람에 비취색의 수수께끼를 풀어내기 쉽지 않았죠. 처음에는 유약에 비취색의 비결이 있을 거라는 주장이 많았는데요. 거듭된 연구를 통해 마침내 흙의 성분, 유약, 굽는 방법이 복합적으로 작용한 결과란 사실이 밝혀졌답니다. 다만 아직까지도 당시의 색상을 구현해내는 건 어렵다고 해요.

l 철로 도자기에 무늬도 새겼어요

앞서 비취색 청자는 산소량이 적은 가마에서 굽는다고 했죠? 그럼 반대로 산소량이 풍부한 가마(전문용어로는 “산화염”이라고 해요)에서 구우면 어떻게 될까요? 불꽃 속 풍부한 산소가 도자기 흙 표면에 있는 철분과 결합해 붉은색의 산화제이철(Fe₂O₃)을 생성해요. 그 결과 붉은빛의 도자기가 만들어진답니다.

옛 도공들은 철을 이용해 도자기에 무늬를 넣기도 했어요. 철화(鐵畵)청자가 대표적인데요. 산화철(Fe₂O₃)이 포함된 흙을 물에 풀어 만든 철화 안료로 문양을 그린 뒤, 유약을 발라 불로 구워내면 풀, 꽃과 같은 멋진 문양이 만들어졌어요. 비색 청자에 밀려 대중들에게는 비교적 덜 알려졌지만, 기름을 넣는 유병으로, 때론 얼굴을 씻는 세숫대야 등으로 사용되며 고려 시대 백성들과 삶을 함께해 왔답니다.

▲청자철화국당초문발(좌), 청자 철화 초문 병(우)  *출처=국립중앙박물관

단단한 무기를 만드는 데만 쓰인 줄 알았던 철이 예쁜 도자기를 빚는 데도 쓰였다니, 고려 시대 도공들은 모두 화학자였나봐요. 이런 사실들을 어떻게 알았을까요?

천 년 세월이 지나도 여전히 아름다운 빛깔을 뽐내고 있는 고려청자, 그 배경에는 우리 조상님들의 멋과 지혜, 그리고 철이 있었다는 점, 잊지 마세요!

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

포스코에 관심을 가져줘서 고마워요! 우리가 매일매일 TV속 광고를 통해 접하는 다양한 소비재를 만드는 회사들은, 신제품을 출시하게 되면 마케팅을 위해 많은 홍보활동을 펼치죠. 대표적인 예가 TV 광고인데요. 채널을 돌리면 어디선가 우리가 너무나 잘아는 스마트폰, 자동차, 가전제품, 의류 등등 광고를 해요.

하지만 포스코는 이러한 소비재가 아니라 자동차나 냉장고, 또는 스마트폰을 구성하는 소재인 철강을 생산하고 있어요. 그러다 보니 분명 포스코의 프리미엄 스틸 소재가 사용 되었어도 형체를 알 수 없고, 직접 노출이 되지 않아 소비자를 대상으로 한 광고를 타 기업처럼 해야 할 필요가 크지 않아요. 포스코처럼 중간 소재 생산기업을 B2B(Business to Business) 기업이라고 하는데요, 대체로 B2B 기업들은 소비재 기업(B2C, Business to Customer)과는 달리 제품보다는 회사 이미지 광고에 주력하는 편이에요.

그러나 TV속에 포스코가 나오질 않는다고 실망할 필요는 없어요. TV가 아닐 뿐, 포스코를 말하는 동영상은 아주 많으니까요. 대표적인 것이 유튜브. 아래를 읽어보면 포스코 공식 유튜브 채널인 포스코TV를 금새 구독하게 될걸요?

l 미디어 환경의 변화, 유튜브가 대세지!

최근에는 유튜브, 페이스북, 인스타그램 등 다양한 미디어 플랫폼이 발달하여 많은 기업들이 TV광고보다는 이러한 온라인 플랫폼을 통한 홍보에 좀 더 많은 노력을 하고 있어요. 포스코도 유튜브 채널을 운영하며 전 연령층을 아우를 수 있는 다양한 소통 활동을 시도하고 있어요.

다시 말해 미디어 트랜드의 변화로 예전에는 기업들이 TV광고나 신문 지면광고에 집중했다면 이제는 회사가 보유한(Owned-Media: 유튜브, 페이스북, 인스타그램, 뉴스룸 등) 채널을 활용해 영상, 기사 등 다양한 포맷으로 회사, 제품 등을 홍보하고 있어요.

최근 ‘사회적 거리두기’와 ‘바다숲’을 모티브로 한 뉴미디어 캠페인 영상이 포스코TV를 통해 공개되었어요. 코로나19로 거리두기가 어느 때보다 필요한 요즘, 전 사회적인 동참을 독려함과 동시에 포스코의 바다숲 조성 사업 내용을 영상으로 재미있게 담아보았어요.

거리두기에 동참하시느라 많이 답답하셨을 텐데요! 쾌적한 서식처를 향한 바다생물들의 이야기를 애니메이션으로 귀엽게 표현한 티져(Teaser)영상을 먼저 보시고 캠페인 영상을 본격적으로 감상해 보면 좋을 거 같아요.

캠페인 영상에서는 코로나가 불러온 디지털, 비대면 시대를 반영해 드론으로 영상을 만들기 위한 제작진의 좌충우돌 에피소드와 청량감 넘치는 바다 영상들도 감상하실 수 있어요! 아래 두 영상 보면서 그동안 답답함을 잠시 잊고 조금이라도 바다의 그 느낌을 느껴보았으면 좋겠어요. 아참! 영상을 보시고 마음에 들었다면 포스코TV 구독과 좋아요 꼭 부탁해요!

1. 티저 영상(쾌적한 서식처를 향한 바다생물들의 이야기)

2. 캠페인 영상(사회적 거리두기 속 서로의 마음은 온(On)택트로 가까이!)

아직도 ‘철’이 딱딱하고 차가운 금속이라고만 생각되세요? 부산물을 통해 바다숲을 조성할 정도로 철강만큼 친환경성이 높은 소재도 없다는 사실! 위 영상들을 통해 환경까지 생각하는 ‘철’의 역할을 다시 깨닫게 되었다면 여러분도 이미 ‘철’의 마력에 빠져든 거예요.

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엄마를 돕는 참 착한 학생이네요. 분리수거는 환경과 지구를 이롭게 하는 일이에요. 학생처럼 열심히 한 덕분에 우리나라는 최고 수준의 분리수거를 하고 있는 나라라고 해요. 하지만, 옆집 할머니의 말씀에 사실인 부분도 있어요. 우리가 분리수거하는 ‘플라스틱’, ‘유리’, ‘종이’, ‘고철’ 등이 모두 다시 사용(재활용) 되는 것은 아니랍니다.

l 분리수거? 재활용? 같은 의미일까요?

우리는 분리 수거된 자원들이 재활용되어 환경에 도움이 된다고 생각하고 있어요. 통계청 전국폐기물통계조사에 따르면 우리나라는 1995년도에 20% 정도 수준이었던 생활폐기물 분리수거 수준이 2017년 69%까지 상승했다고 해요. 이것만 봐도 우리나라는 분리수거를 어느 나라보다 열심히 하는 나라에 속해요. 하지만, 분리수거와 재활용은 의미가 다르다는 것을 알아야 해요. 우리가 분리수거를 한다는 것은 재활용하기 위한 출발점이고, 재활용은 분리 수거된 자원들을 다시 사용하게 만드는 것을 의미해요. 하지만, 다양한 이유로 상당한 양의 분리수거된 자원이 재활용되지 않는다고 해요.

그래프를 보면 우리나라에서 분리수거를 가장 많이 하는 자원은 “종이류”라는 것을 알 수 있는데요. 그럼 그 폐지는 모두 재활용이 된 걸까요? 불편한 사실! 그래프의 숫자는 분리 수거된 양이고 실질적으로 얼마만큼의 양이 재활용되는지는 통계자료가 없다고 하네요.

그럼, 우리가 가장 많이 쓰고, 가장 열심히 분리수거하는 플라스틱 컵의 재활용률을 조사한 결과가 있는데, 그 수준이 겨우 5% 정도라고 해요. 열심히 분리수거를 해도 컵마다 재질이 다양하여 재활용이 안 된다는 거예요. 재활용이 안 되면 불로 태우거나(소각), 땅속에 ‘매립’을 하게 돼요. 컵과 같은 플라스틱 소재를 소각할 경우 유해물질이 발생하여 대기오염에 영향을 주고, 매립하면 분해까지는 평균 200년 이상 걸린다고 해요. 재활용이 안 된 플라스틱들이 바다로 버려져 이루어진 섬이 북태평양 하와이 근처에 있다고 하는데, 여의도 면적의 50배로 여객기 500대 무게만큼의 거대 쓰레기 섬이 있다고 해요. 결국, 우리의 분리수거 노력과 상관없이 플라스틱을 사용하는 순간 환경을 오염시키는 것이에요. 그래서 요즘 커피전문점에서는 일회용 플라스틱이 아닌 종이 빨대와 스테인리스 스틸 소재의 텀블러 사용을 권장하기도 하죠.

플라스틱뿐만 아니라 다른 물품들도 재활용이 안 되면 ‘소각’, ‘매립’을 하는 것은 동일해요. 그래서 분리수거 이전에 재활용률이 높은 소재를 사용하는 것이 중요해요.

l 재활용률이 높은 대표적인 소재는 뭐가 있어요???

재활용률이 높은 대표적인 소재로 ‘스틸’이 있어요. 스티커가 붙여져서 재활용이 어려운 플라스틱, 깨지면 재활용이 어려운 유리병과 다르게 스틸 제품은 이물질이 붙어 있어도~ 찌그러지거나 부서져 있어도~ 재활용이 가능한 소재에요! 재활용이 손쉬운 이유는 먼저 스틸은 자성을 가지고 있어서 많은 쓰레기들 중에 쉽게 분리할 수 있어요. 쉽게 생각하면 굉장히 쎈 자석으로 스틸만 쏙! 쏙! 찾아낼 수 있어요. 스틸의 소재 특성상 이렇게 분류된 고철은 쇳물로 다시 녹여 새로운 스틸 제품으로 탄생하게 되는데 가전제품이나 건설자재 등 다양한 곳에서 새롭게 사용된다고 합니다.

다른 소재들도 스틸처럼 재활용이 가능한 것들이 많겠지만 스틸의 재활용률은 무려 85%가 넘고 자동차에 쓰인 스틸은 적어도 90% 이상 재활용이 된다고 해요. 스틸은 사용 후 다시 다른 스틸로 우리가 사용하게 되는 것이랍니다. 스틸은 재활용에 있어 최적의 소재이죠. 그래서 스틸로 된 것들을 학생이 사용하고 분리수거를 잘해주면, 무조건 재활용이 된답니다!

분리수거한 자원들이 다 재활용이 되지 않는다고 설명했는데요. 그래도 우리는 분리수거를 더 열심히 해야 해요. 분리수거 후 자원의 재활용을 통해 소각과 매립으로 처리되는 자원들을 줄여 환경보호를 할 수 있답니다. 무엇보다 중요한 것! 처음부터 재활용이 가능한 소재를 사용합시다!

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드라마 <낭만 닥터 김사부>를 아시나요? 언제나 ‘사람’ 살리는 게 최우선인 천재 외과의사 김사부가 있는 돌담병원은 늘 환자들로 넘쳐나고 많은 사람들의 생사가 오가는 긴박한 장소로 드라마에서 묘사되죠. 수술실에서 김사부가 ‘메스~’ 하면 손에 착! 하고 올라오는 수술도구. 너무 차갑고 무서워 보이지만, 뾰족하고 매섭게 생긴 이 수술도구들도 알고 보면 그렇게 무서운 것은 아니랍니다. 그 이유는 스틸로 만든 이 도구들이 우리의 생명을 살리는 데 중요한 역할을 해주기 때문이에요.

특히 요즘엔 날로 확산되는 신종 코로나 바이러스로 ‘청결’과 ‘위생’에 대한 관심이 부쩍 높아지고 있어요. 여러분이 자주 가는 병원이나 극장, 대중교통 시설 등 사람들이 많이 몰리는 곳에서는 청결을 유지하기 위해 정부 및 지자체와 기업, 개인들이 최선을 다하고 있죠. 이때 가장 필요하고 유용한 것이 바로 써지컬 스틸(Surgical Steel)이라 불리는 의료용 스테인리스 스틸이랍니다. 왜일까요? 오늘 뉴스룸에서는 우리의 생명을 살리는 써지컬 스틸에 숨겨진 비밀을 소개해드릴게요.

l 세균 꼼짝마! 의료계 혁신을 가져온 스테인리스 스틸

써지컬 스틸에 대해 자세히 알아보기 전, 먼저 스테인리스 스틸이 발명되었을 당시로 거슬러 올라가 볼게요.

환자들이 위생적으로 의료 치료를 받을 수 있게 된 것은 1913년, 스테인리스 스틸의 발명 이후였답니다. 이전엔 비위생적인 환경에서 수술을 받다가 세균 등에 감염이 되어 많은 사람이 목숨을 잃었다고 해요.

세계보건기구(WHO)는 현대 의료 서비스의 가장 심각한 난제 중 하나로 치료 도중에 환자들이 감염되는 문제를 꼽기도 했는데요. 전 세계적으로 매년 수억 명의 환자들이 감염으로 인한 질환에 노출되고 있기 때문에 병원에서 위생적인 환경을 조성하는 것이 무엇보다 중요하다고 합니다.

실제로 2010년 WHO에서 발표한 자료에 따르면 100명의 환자 당 선진국 기준 7명, 개발도상국 기준 10명이 의료시설이나 기기에 감염이 되고, 고소득 국가에서는 중환자실 환자들의 약 30%가 감염에 시달리며, 저소득 국가에서는 그보다 2~3배 많은 감염 환자가 발생하는 것으로 나타났어요.

그렇다면 의료용 스테인리스 스틸인 써지컬 스틸의 특징은 무엇일까요? 바로 위생적인 면에서 뛰어나다는 것이죠! 써지컬 스틸은 녹슬지 않는 성질인 ‘내부식성’을 갖고 있어 부식될 염려가 없고, 다른 어떠한 부작용 없이 안전하게 살균 처리가 가능한 것이 특장점입니다. 수술용 메스나 주삿바늘, 부러진 뼈를 고정하는 나사처럼 신체 부위에 직접 닿거나 체내에 들어가도 안전한 덕분에 전 세계 병원에서 스테인리스 스틸을 사용하고 있는 것이죠.

만약 써지컬 스틸을 사용하지 않는다면? 녹슨 철이 몸에 들어갈 것이고, 결국 ‘파상풍’이라는 무서운 병에 걸리거나 각종 세균에 감염될 수 있어요. 그런데, 스테인리스 스틸은 무엇으로 만들었길래 부식되지 않는 걸까요? 지금부터는 그 비밀을 소개해드릴게요.

l 철강의 꽃, 스테인리스! 비밀은 상처 나도 재생되는 부동태 피막

여러분, 혹시 스테인리스 스틸의 별명을 아시나요? 바로 ‘철강의 꽃’입니다. 그 이유는 앞서 소개한 바와 같이 스테인리스 스틸에 녹이 거의 생기지 않기 때문이에요. 스테인리스는 철(Fe)에 크롬, 탄소, 니켈, 망간 등 몇 가지 원소를 첨가해 완성한 ‘합금강’이에요. 표면이 매끈하여 별도의 도금 공정을 거칠 필요가 없고, 내식성이 월등하여 사용 환경 제약이 적으며 위생적이죠. 또한 가공성도 우수하여 변형이 쉽고 강도가 높아 외부 충격에도 강하답니다.

스테인리스가 녹이 잘 슬지 않는 이유는 표면에 ‘부동태 피막’이라는 특수한 보호 피막이 형성되기 때문입니다. 이 부동태 피막은 스테인리스를 구성하는 원소 중 크롬(Cr)이 산소(O2)와 만나 산화되어 자연적으로 만들어진 산화크롬 피막(Cr₂O₃)입니다. 두께는 눈에 보이지 않을 정도로 매우 얇은 데요(약 2nm, 100만 분의 2mm). 무척 단단해서 철이 산화되어 녹이 생기는 것을 방지할 수 있어요. 이 산화크롬 피막이 긁혀서 표면의 일부가 파괴되더라도, 크롬이 다시 산소와 만나 피막이 빠르게 재생되는 성질을 갖고 있어요.

l 오래 써도 새것과 차이가 없다고요? 스테인리스 스틸의 놀라운 살균력

2017년 국제스테인리스강협회(ISSF, International Stainless Steel Forum)는 스테인리스 스틸의 놀라운 살균력을 보여주는 연구결과를 홈페이지에 게재했어요.

영국 맨체스터 메트로폴리탄대학교(Manchester Metropolitan University)와 생명, 환경과학 분야에서 프랑스 최고 권위를 인정받고 있는 아그로파리테크(AgroParisTech) 그랑제콜(대학)이 공동으로 진행한 이 연구는 병원과 같이 세균에 많이 노출될 수 있는 환경에서 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 얼마나 위생적이고 우리의 안전과 생명을 위해 중요한지를 설명하고 있어요. 연구결과를 간단히 소개해드릴게요~

먼저 연구자들은 2가지 스테인리스를 준비했어요. 하나는 오염과 세척을 반복했던 스테인리스 스틸(A), 나머지 하나는 완전히 새로운 스테인리스 스틸(B)입니다. 이 (A)와 (B)를 식중독과 감염을 주로 일으키는 치명적인 균인 ‘황색포도상구균’과 저항력이 강해 치료하기 어려운 균으로 꼽히는 ‘녹농균’에 노출시켜보았죠. 그리고 얼마간의 시간이 흐른 뒤 (A)와 (B)를 동일한 살균제로 소독했어요.

(A)와 (B)에서는 어떠한 차이가 있었을까요? 놀랍게도 이 두 샘플에서는 차이가 나타나지 않았고, 황색포도상구균은 99.9%, 녹농균은 97.6% 멸균된 것으로 드러났습니다. 이 실험에서 (A)를 통해 우리는 스테인리스 스틸이 오랜 시간이 지나도 위생적으로 안전하게 사용할 수 있다는 것을 알 수 있어요.

오늘은 철 중에서도 우리의 생명을 지키는 스테인리스 스틸에 대해 알아보았어요. 병원에 갈 때마다 날카로운 도구들을 보고 지레 겁부터 먹었던 친구들이라면 써지컬 스틸의 중요성을 생각하며 마음을 가다듬어 보길 바래요. 병원에서 보는 스테인리스 스틸은 차갑고 무서워 보이지만, 사실 ‘김사부’님처럼 우리의 생명을 지키는 따뜻하고 소중한 존재이니까요!

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상상만 해도 입가에 미소가 번지는 곳, 놀이공원! 친구, 가족들과 함께 맛있는 것도 먹고, 사진도 찍고 즐거운 추억을 만들기에 안성맞춤인 곳이죠. 놀이공원에 있는 놀이기구들은 대부분 스틸로 만들어졌어요. 특히 위에서 한번에 훅하고 떨어지는 드롭 타워, 빠른 속도로 움직이는 롤러코스터처럼 스릴 넘치는 놀이기구에는 스틸이 꼭 사용되었는데요. 놀이기구에 숨겨진 다양한 스틸의 이야기를 지금부터 소개해 드릴게요.

l 스릴 만점 놀이기구에 꼭 필요한 안전!

스릴 만점 놀이기구들은 보기만 해도 짜릿한 기분이 들죠! 놀이기구는 사람이 타는 기구인 만큼 안전해야 하고 단단하지만, 상황에 따라 유연하게 작동되며, 변하지 않고 오래 사용할 수 있는 소재로 만들어야 해요. 이를 모두 만족하는 소재가 바로 ‘스틸’입니다. 그 이유를 함께 살펴볼까요?

l 롤러코스터, 강철 튜브 레일에서 안전하고 신나게!

롤러코스터의 시초가 나무로 만든 석탄차라는 사실을 알고 계시나요? 롤러코스터가 나무차에서 지금의 강철차가 되기 까지 또 하나의 숨겨진 철의 비밀이 있어요.

놀이공원의 필수 코스로 손꼽히는 롤러코스터는 독일의 바바리안 지역에서 탄광을 운반하는 열차에서 유래된 것인데요. 나무로 만든 광차(광산에서 광석을 실어 나르는 뚜껑 없는 화차)에 석탄을 싣고 높은 곳에서 낮은 곳으로 운반할 때, 사람들이 함께 타 보니 스트레스가 해소된다는 것을 발견한 것이죠. 이를 1851년 영국 런던에서 열린 ‘만국박람회’에 선보이면서 롤러코스터라는 개념이 등장하게 됐어요.

그런데 만국박람회에서 사람들에게 소개된 나무로 만든 롤러코스터는 자외선 등에 노출되면서 뒤틀림 현상과 재질이 부식되는 단점이 있었어요. 이런 이유로 스틸로 만든 근대식 롤러코스터가 탄생하게 되었습니다.

이후 제철산업이 발전하면서 1884년, 라 마르쿠스 톰슨(La Marcus Thompson)이 뉴욕에 최초로 근대적인 의미의 롤러코스터라고 할 수 있는 ‘그래비티 플레저 스위치백 레일웨이’를 설치했습니다. 미국 최초의 이 롤러코스터는 뉴욕의 테마파크인 코니아일랜드(Coni Island)에서 큰 인기를 끌었고, 1920년대 미국 전역에 약 2,000여 개의 롤러코스터가 설치될 정도였어요.

하지만 1929년 대공황과 두 번에 걸친 세계대전, TV와 영화 등 새로운 엔터테인먼트 산업의 등장으로 롤러코스터의 인기가 급감하기 시작했어요. 2,000여 개에 육박했던 미국의 롤러코스터 숫자는 1970년 172개로 축소될 만큼 사양기를 맞기도 했는데요. 현대의 철강 기술의 발달로 높이, 속도, 안정성이 월등한 강철 튜브 소재 레일의 롤러코스터가 등장하면서 전성기를 다시 맞게 되었어요.

지난 STEEL Talk 3편에서 스틸에 들어있는 탄소(C) 함유량이 왜 중요한지 배웠는데요. 스틸에 탄소의 함유량이 많아지면 경도(압력에 대한 저항력)가 높아지고 강해지지만, 부서지기 쉽고 늘어나는 성질은 줄어들어요. 반대로 철에 탄소 함유량이 적을수록 유연하고 늘어나는 성질이 커지고요. 그 때문에 스틸이 사용되는 곳에 맞게 탄소로 제품의 경도를 조절하거나, 다른 원소들을 함께 넣어 특성을 부여하는 것이 중요해요. 바로 이런 유연한 성질 덕분에 스틸의 종류는 더욱 다양해지고, 성능은 날로 좋아지고 있어요.

그 덕에 스틸은 까다로운 공학 기술이 필요한 롤러코스터 설계에서 제 몫을 톡톡히 하고 있습니다. 건설 구조용 스틸, 특수 스틸 등의 다양한 고성능 스틸이 롤러코스터에 사용되고 있는데요. 위에 있는 worldsteel의 영상을 보면 잘 이해할 수 있을 거예요.(영어로 만들어진 영상이지만, 번역 자막을 켜고 감상해볼까요? ^^)

특정 유형의 롤러코스터에 사용되는 목재를 제외하고는 롤러코스터 제작에 있어서 스틸을 대체할 수 있는 소재는 없어요. 튼튼한 구조로 제작할 수 있고, 기계 부품 강도 저하 등을 고려했을 때, 스틸은 앞으로도 쭉~ 사랑받는 소재가 될 거예요.

l 드롭 타워(자이로드롭) 의자 뒤에 자석이?

드롭 타워(Drop Tower)는 우리에게 롯데월드 자이로드롭으로 익숙하죠? 이 자이로드롭은 극강의 스릴을 맛볼 수 있는 놀이기구로, 1998년 첫 등장 이후 국내 최고의 인기를 누리고 있는데요. 이 자이로드롭에 철의 ‘자성’과 관련된 재미있는 원리가 숨어 있어요.

자이로드롭을 타본 사람이라면, 꼭대기에 올라간 후 언제 떨어질지 모를 긴장감과 불안감에 초조했던 경험이 있을 거예요. 그런데 초조함도 잠시, 갑자기 낙하할 때의 스릴과 땅에 도착했다는 안도감이 불과 몇 초 사이에 일어나죠! 바로 그 짜릿함 때문에 자이로드롭이 많은 사람들에게 사랑받는 놀이기구일 텐데요. 자이로드롭이 땅에 안전하게 착지할 수 있는 이유는 바로 철의 ‘자성’ 덕분이에요.

자석의 N극과 S극 사이에 금속을 넣으면 순간적으로 전류가 흐르면서 금속은 자석의 성질, 즉 자성을 띠게 되는데요. 이때 이 금속 주위로 자기장이 생기게 되고, 금속의 자기장과 자석의 자기장은 서로 밀어내려는 성질, 즉 반발력을 갖게 됩니다. 자이로드롭은 바로 이 반발력을 브레이크로 활용하는 거예요.

놀이기구에 탄 사람들의 안전이 제일 중요하기 때문에, 자이로드롭의 브레이크는 혹시 놀이공원이 갑자기 정전이 되어도 꼭 작동해야 해요. 그리고 자이로드롭은 빠른 속도로 떨어지기 때문에 마찰력을 이용한 브레이크는 부품이 마모되거나 오래 사용하면 파손될 우려가 있어요. 그럼 어떤 브레이크를 써야 안전할까요?

자이로드롭의 의자 뒤에는 12개의 말굽 모양의 자석이, 중앙 타워 기둥에는 12개의 금속판이 각각 설치되어 있는데요. 약 70m 꼭대기에 도달한 의자가 빠르게 낙하할 때 의자 뒤에 붙어있는 자석이 지상 25m 높이에 다다르면, 타워 기둥에 설치된 금속판과 만나게 됩니다. 이때 타워 기둥에 있는 금속에 순간적으로 전류가 흐르면서 금속은 자성을 띄게 되고, 의자의 자석과 금속 사이에는 서로 밀어내는 강한 반발력이 생기게 됩니다. 이 반발력에 의해 자이로드롭은 외부의 힘이나 물리적 접촉이 없어도 멈추게 되는 거랍니다! 정말 신기하죠?

놀이기구의 생명은 무엇보다 안전이에요. 그 안전을 책임지는 소재가 바로 ‘스틸’이죠. 철이 없었다면 재밌는 놀이기구도, 가족들과 나들이 가는 놀이동산도 이 세상에 없었을 거예요. 안전하고, 오래 탈 수 있고, 설치도 간편한 스틸로 만든 놀이기구는 앞으로도 계속 우리에게 즐거움과 재미를 제공할 텐데요. 과학적인 원리를 함께 생각해보면서 즐겨본다면 어떨까요? 그럼, 다음 번에도 재미있는 이야기를 들고 찾아올게요. 또 만나요~!