기초적인 물리학을 이용해 판타지소설에 나오는 일들에 대해 생각해봅시다. 재미삼아 하는거니까 틀린 부분이 있다면 "병시나 너 삽질"이러면서 지적해주시면 되고, 중간의 식이 맘에 안드시면 대충 넘어가셔도 됩니다.
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드래곤라자 챕터 2의, 12인의 다리 부분을 기억하시나요? 12명이 되지 않으면 건널 수 없는 다리인 12인의 다리는 휴다인 계곡에 존재하고 있으며, 12명을 채우기 위해 후치 일행은 우르크들과 싸워서 이깁니다.
(그림1-12인의 다리. 더러운 법사가 농간을 부렸습니다)
그 후 오크 넷과 12인의 다리를 건넌 후치 일행은 조금 과격한 방법으로 우르크들을 절벽 너머로 보내줬습니다.
예. 던졌지요.
(그림2-오크를 던지는 후치 네드발(17, 초장이후보))
OPG의 힘으로 그게 충분히 가능했던 겁니다. 그럼 후치가 정확히 무슨 일을 했는지, 아니, 우르크가 무슨 일을 당했는지 알아봅시다.
먼저 휴다인계곡의 절벽의 직선 거리를 S라고 합시다. 후치가 우르크를 던진 각도를 Θ라고 하고요. 후치가 우르크를 던지면 우르크는 포물선운동을 하면서 건너편에 도착하게 될겁니다. 이 때 우르크가 하늘로 최대한 높이 올라갔을 때의 높이를 h라고 하겠습니다. 던지는 속도는 v, 후치가 던지고 우르크가 건너편에 도착하게되는 때까지 걸리는 시간을 t라고 합니다.
(그림3-용어설명 - 드래곤라자만큼 재밌는 설명은 아닙니다만......)
포물선 운동은 수평운동과 수직운동으로 나눌 수 있습니다. 수직운동은 h의 위치만큼 올라갔다가 떨어지는 운동이지요. 따라서 이 h가 0이 되는 순간은, 우르크가 후치의 손에서 벗어나는 그 순간과, 다시 땅에 떨어지는 순간입니다. h는 다음과 같은 식을 가집니다.
(그림4-고등학교 과학교육을 성실하게 이수했다면 당연히 알고있어야 합니다)
설명을 하자면, [거리=시간*속력]에다가 [거리=(1/2)at^2]식을 써서, a를 중력가속도 g로 놓고(지구와 같은 중력가속도를 갖는다고 추정합니다) 후치가 우르크를 위로 던지지만 중력에 의해 계속 아래로 가속하며 떨어지기에 [처음 식-나중 식=시간에 따른 위치]가 되는겁니다. 참고로 v가 아니라 vsinΘ인 것은, v는 대각선으로 작용하므로 이를 h에 관한 식으로 나타내기 위해선 sinΘ값을 곱해줘야 하기 때문입니다.
(그림5-중학교 교육과정을 성실하게 이수했다면 당연히 알고있......)
t가 0일 때, 즉 던지기 전의 시간을 구하는게 아니므로, h를 0으로 놓고 t를 과감하게 나눠줍니다. 그리고 t를 한 곳에 몰아넣으면 이런 식이 됩니다.
(그림6-별로 볼 필요는 없습니다)
자, 그럼 t를 구했습니다. 이걸로 수평으로 얼마나 이동했는지에 대한 식에 적용할 수 있습니다. 포물선운동의 수평성분은, 다른 외부힘이 가해지지 않는 한 등속운동입니다(공기 저항을 무시했을 때). 따라서 식은 다음과 같지요.
(그림7-이건 중학교에서도 배우는 거 같은데)
거기에 아까 구한 t를 대입하고, 그림6에서를 참조해 v를 vcosΘ로 수정해줍니다.
(그림8-식이 점점 더러워집니다)
여기서 우리가 구해야 할 것은, v입니다. 따라서 한 쪽에 v만 남기고 전부 넘깁니다.
(그림9-식이 점점 짜증나집니다. 전 루트가 싫어요.)
일단 이 v는 v로 남겨두도록 하죠. 지금까지 우리가 알아낸게 뭐였죠? t를 알아냈고, 그걸 통해서 v를 알아냈죠. 이제 이걸 통해서 운동에너지를 구해보도록 합니다. 운동에너지 공식 기억하시나요?
(그림10-(1/2)at^2과는 다릅니다. M는 물체의 질량입니다. 여기선 우르크의 질량이 되겠죠)
그럼 계산해봅시다. 식은 다음과 같습니다.
(그림11-루트는 없어져서 다행입니다)
오래간만에 드래곤 라자 본문으로 돌아가보겠습니다. 휴다인 계곡 절벽 사이의 거리는 얼마일까요? 본문에 보면 후치가 약 60큐빗이라고 증언하고 있습니다. 1큐빗은, 시대에 따라 차이가 있지만 대충 45cm~68cm쯤 되는 듯 합니다. 계산하기 편하게 50cm로 생각해보면, 직선거리 S는 30m라는 결론이 납니다. 생각보다 넓죠? 그러니까 그 동안은 다리를 못 만들고 있던 거겠죠.
Θ는 얼마일까요? 후치가 알고있었을거라고는 생각치 않지만, 같은 속도로 가장 멀리 우르크를 던지기 위해서는 Θ가 45도가 되어야 합니다. 그림8의 식에서 cosΘsinΘ는, (아무 생각없이 외웠던 고등학교 수학 과정에 따르면)(근데 고등학교때 배우는거 맞나?) (sin2Θ)/2가 됩니다. 따라서 저 sin2Θ가 가장 커지는 각도가, 수평이동거리가 가장 늘어나는 각도죠. sin의 최대값은 1이고(그림으로 그리고 싶지도 않은 삼각함수의 기초) 그때의 최소 양수값은 90도이므로, Θ는 45도가 나오게 되죠. 따라서 Θ를 45도로 가정합니다.
우르크의 질량은, 긍지높은 전사이면서 이것저것 호신장비를 걸치고 있을테니, 키가 작다고 생각해도 70kg정도라고 가정합시다.
질량가속도 g는 지구와 같은 근사값 9.8입니다.
자. 이제 더러운 대입입니다.
(그림12-더럽다)
자. 저걸 계산해보세요.
전 계산기로 풀었습니다. 손계산 귀차나 주금 ㅠㅠ
10290J이 나왔습니다. 1J은 1N의 힘으로 물체를 1m움직이는 에너지라고 하는데...... 사실 감이 잘 안오죠? 역시 감이 잘 오려면 우리 실생활에서 상상할 수 있는 걸로 해야 합니다. 만약 저 힘이 온전히 추락하는데 사용된다면 어떨까요? 위치에너지는 MgH입니다. (우르크의 수직 운동거리 h와 차별을 두기 위해 H로 씁니다) 10290J은, 70kg의 우르크가 얼마나 높이에서부터 떨어져야 얻을 수 있는 에너지일까요?
(그림13-상대적으로 간단해보이는 식이 나왔습니다. 세상이 이렇게만 풀리면 얼마나 즐거울까요)
M는 우르크의 질량인 70kg, g는 9.8. 이번에도 계산기를 톡톡 두드려보면 H가 나옵니다. 미터죠. 값은 15네요.
......음?
......15미터?!
음. ......왠지 충격적인 결과가 되었군요. 오크가 별다른 낙법을 사용하지 않는다는 가정 하의 계산이긴 했지만 15미터 높이에서 떨어지는 충격을 받는겁니다. 참고로 가정을 사용한 M값과 추정을 사용한 g값은 사실 소거되므로 그게 저 높이에 영향을 끼치지는 않지요.
(그림14-저정도 높이에서 떨어지게 됩니다)
아파트로 계산해보면, 15층 이하 아파트는 한 층이 2.6M로 시공됩니다. 따라서 15M면, 15/2.6≒5.8, 6층 베란다에서 떨어지는 높이군요.
(그림15-H군(17, 인간), A씨(나이 미상, 우르크)를 아파트 6층에서 밀어 충격)
참고로 인간의 경우 하지 완전마비에서부터 사망에 이르기까지 다양한 결과를 초래하게 됩니다. 멀쩡히 일어날 경우 뉴스감이지요.
저 정도면 받아내는 쪽도 중상입니다. 6층에서 떨어지는 70kg의 돌덩이를 받아낸다고 생각해보세요.
후치는 4번 모두 실수해서 무사히 넘겨줬다고 얘기했지만, 이미 거기서 던졌다는거 자체가 우르크들에 대한 뼛속깊은 반감을 드러냈다고 볼 수 밖에 없습니다. 절벽 건너편에서 피곤죽이된 우르크들을 내버려두고 유유히 갈길 가는 후치 네드발(17, 초장이후보).
(그림16-인간의 무서움을 알게 된 이루릴 세레니얼 양)
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쓰다보니 별로 재미가 없는거같아서 2편은 안나올지도 모르겠습니다. 훌쩍.
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