[생활속과학] 북반구와 남반구의 변기 물은 반대로 흐른다?

지구 자전의 관성 효과로 나타나는 코리올리 효과·전향력
변기·세면대는 다른 변수 작용할 가능성 높아

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 지구는 돈다는 것은 잘 알려진 사실이지만, 지구와 함께 돌고 있는 우리는 지구가 도는 것을 쉽게 느끼기 어렵다.

지구가 돌면서 발생하는 현상 중 하나는 '코리올리 효과' 또는 '코리올리 힘'(전향력)이라고 불리는 것이다.

코리올리 힘은 물체가 자신의 운동상태를 유지하려는 관성의 효과로 나타난다.

달리는 버스에서 위로 점프하면 차 안에서는 위로 뛰는 것으로 보이지만, 차 밖에서는 가로로는 차를 따라 움직이며 세로로는 위로 움직이는, 즉 비스듬하게 뛰는 것처럼 보인다. 관성 때문이다.

코리올리 효과에서는 지구가 '달리는 버스의 역할'을 하는 것이다. 지구와 함께 돌아가는 입장에서는 정북쪽을 향해 직선으로 물체를 빠르게 던졌지만 실제로는 지구가 돌고 있었기 때문에 비스듬하게 휘어 날아간다.

이런 전향력은 북반구에서는 진행 방향의 오른쪽으로, 남반구에서는 진행 방향의 왼쪽으로 작용한다. 그 결과 태풍이나 물 소용돌이는 전향력의 영향을 받으면 북반구에서는 반시계방향으로, 남반구에서는 시계방향으로 흘러간다.

과거 일부 교과서와 과학 교양 서적에서는 전향력의 효과로 북반구와 남반구의 변기나 세면대의 물이 전향력의 영향으로 반대 방향으로 흘러간다고 설명하기도 했다.

이는 절반만 맞다. 흘러가는 물은 유체이기 때문에 전향력의 효과를 받을 수 있지만, 회전 반경이 매우 작아 전향력의 효과가 미미하다. 실제 실험을 해보면 초기 물이 흘러오는 방향, 세면대나 변기의 굴곡 등 표면 구성 등에 따라 회전 방향이 쉽게 바뀔 수 있다. 굴곡이나 물의 흘러오는 방향의 편향성 등 변수를 최소화하면 전향력의 효과를 볼 수 있기도 하지만, 일상적인 세면대나 변기에서는 쉽게 보기 어렵다. 실제 북반구에서도 시계방향으로 도는 변기 물을 볼 수도 있다.

거대한 소용돌이인 태풍의 경우에는 전향력의 효과가 강하게 나타난다. 북반구에서 촬영한 태풍사진은 반시계방향으로 돌고 있다. 저기압과 태풍의 중심기압은 외부보다 낮아 외부에서 내부로 공기가 빨려 들어간다. 그렇기 때문에 북반구에서는 진행 방향 오른쪽의 힘을 받아 반시계방향의 소용돌이를 형성한다. 반대로 고기압은 중앙에서 바깥으로 공기가 빠져나오게 되므로 시계방향으로 돌게 된다. 남반구에서는 이와 정확히 반대의 현상이 일어난다.

자연현상뿐 아니라 장거리를 이동하는 미사일이나 비행기도 전향력의 효과를 받는다.

국립대구과학관 1층 로비홀에 설치된 '푸코의 진자' (국립과천과학관 블로그 갈무리) 2022.01.28 /뉴스1

그렇다면 큰 규모의 운동이 아니면, 코리올리 효과를 볼 수 없는 걸까.

프랑스의 과학자 레옹 푸코는 1851년 진자를 이용해 코리올리 효과를 이용한 지구의 자전을 증명했다. 실험은 간단했다. 외부 변수를 줄이기 위해 가볍고 긴 줄에 무거운 추를 달아 진동 운동을 하게 만들었다. 실험 결과 초기에 추는 앞뒤로 움직이게 힘을 줬지만, 추의 진동면이 코리올리 효과에 의해 비스듬히 움직이며 32.7시간마다 원을 만들면서 회전했다.

집에서도 진자가 매달린 축이 자유롭게 움직일 수 있도록 만들면 같은 현상을 관측할 수 있다. 다만 적도에서는 코리올리 효과가 나타나지 않으므로 이러한 현상이 보이지 않는다. 다만 작은 규모로 만들면 여러 변수로 현상을 쉽게 보기 어려울 수 있다.

국내에서 볼 수 있는 푸코의 진자는 국립대구과학관에 진자 길이 18.4m, 추 무게 98㎞로 제작되어있다. 방역정책에 따라 바뀌는 관람 정보는 대구과학관 홈페이지 등을 참고하면 된다. 직접 관람을 하기 어렵다면 국립대구 과학관 유튜브 채널로도 관련 콘텐츠를 접할 수 있다.

seungjun241@news1.kr