빗방울의 모양은? 위아래 납작한 찌그러진 구형

복잡한 방정식이 얽힌 기상예측모델도 밑바탕은 기본적인 대기과학이다. 예보에는 관심이 많아도 정작 날씨를 좌우하는 요소들에 대해선 잘못 알고 있는 경우가 많다. 홍성유 연세대 대기과학과 교수와 대기과학 상식을 일문일답으로 정리했다.

Q. 빗방울은 어떤 모양으로 내릴까.

A. 흔히 동그란 물방울 모양으로 떨어진다고 생각하기 쉽다. 하지만 빗방울은 위아래가 납작한, 찌그러진 구형이다. 중력과 대기 마찰력을 위아래서 받기 때문이다.

Q. 습한 공기와 건조한 공기 중 어느 쪽이 가벼울까.

A. 건조한 공기라는 대답이 많을 듯하다. 물은 왠지 무겁다는 느낌을 주는 탓이다. 그러나 실은 습한 공기가 더 가볍다. 공기는 질소 78%, 산소 21%와 다른 기체들로 이뤄져 있다. 수분 함량이 높아질수록 질소 양은 줄어든다. 그런데 물(H₂O)과 질소(N₂)의 분자량은 각각 18과 28다. 질소보다 물이 가볍단 얘기다. 때문에 수분을 머금은 공기는 점점 상승해 구름을 만들고 비를 뿌리게 된다.

Q. 공기는 얼마나 무겁고 얼마나 빨리 움직일까.

A. 생각보다 무겁다. 공기 1㎥당 1㎏이다. 여기에 뉴턴이 만든 가속도의 법칙(F=ma)을 적용하면 바람의 속도 변화를 알 수 있다. 이 법칙에서 힘(F)은 질량(m)과 가속도(a)에 비례한다. 두 지점 사이의 기압 차이로 생기는 힘(기압 경도력)을 공기의 무게로 나누면 공기의 가속도를 구할 수 있다.

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변태섭기자 libertar@hk.co.kr

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