천안함이 충격 후 급격히 기울어진 이유 (1)

천안함이 충격 후 급격히 기울어진 이유 (1)

번호 193929  글쓴이 독고탁 (dokkotak)  조회 2432  누리 574 (574-0, 22:74:0)  등록일 2010-8-20 15:38 대문 40

천안함이 충격 후 급격히 기울어진 이유 (1) 복원력 뛰어난 선박이 90도 기우는 것은 매우 이례적 (서프라이즈 / 신상철 / 2010-08-20) 천안함은 제1차 사고인 좌초 후 제2차 사고지점에서 충격을 받고 우현쪽으로 90도 가량 기울어진 것으로 알려지고 있습니다. TOD 영상으로 보이는 모습에서도 거의 오른쪽으로 누워있는 화면이 잡히고 있습니다. 복원력이 뛰어난 선박이 90도 가량 기울어지는 것은 매우 이례적인 일입니다. 함장과 대원 등 증언에 따르면 '쿵'하는 충돌음과 함께 함이 급격히 기울었다고 합니다만, 과연 충격과 함께 기울어진 것인지, 어느 정도 시차를 두고 기울어진 것인지 한번 제대로 따져 볼 필요가 있습니다. 왜냐하면 그 현상 또한 2차 사고의 원인을 규명하는데 소중한 단서이기 때문입니다. 두 편의 글을 통해 펼쳐보겠습니다. 1. 선박이 물에 뜨는 원리 종종 연락하며 지내는 우리 회원님 중에 모 항공사 기장분이 계십니다. 가끔 한 번씩 만나 돼지목살에 막걸리 한 잔씩 하는데, 조종사와 항해사가 만났으니 하늘과 바다 그리고 공군과 해군시절 이야기 나누는 재미가 쏠쏠합니다. 어느 날 제가 그랬습니다. “태평양 항해하다가 가끔 바다를 보면서 드는 생각이, 이 거대한 쇠덩어리가 어떻게 물에 떠서 돌아다니나 참 신기한 생각이 들어요” 그랬더니 그 분이 그럽니다. “뭘요, 쇠덩어리가 날아다니기도 하는데..” 결국 원리가 같습니다. 부력과 양력이라는 표현의 차이만 있을 뿐 물에 뜨는 거나 공기에 뜨는 거나 원리가 다르지 않습니다. 중력보다 부력이 크면 물에 뜨고, 중력보다 양력이 크면 하늘로 뜨는 거지요. 어떤 물체든 고유 질량을 갖고 있습니다. 질량, 즉 무게입니다. 그런데 물에 뜨기 위해서는 상식적으로 ‘가벼워야’ 합니다. 그런데 여기서 ‘가볍다’의 의미가 ‘절대적인 가벼움’이 아니라 ‘상대적인 가벼움’이어야 한다는 조건이 붙습니다. 즉, 부피에 비해 무게가 가벼워야 합니다. 그것이 놋쇠그릇은 물에 뜨지만 바늘은 가라앉는 원리입니다. 물의 밀도는 1입니다. 정확하게는 4℃ 물의 밀도를 1로 약속한 것입니다. 어떤 물체의 비중이 1보다 작으면 물에 뜹니다. 대부분의 목재는 비중이 1보다 작아 물에 뜹니다. 그러나 ‘흑단(ebony)’처럼 가라앉는 목재도 있습니다. 비중이 1.1이기 때문입니다.  쇠(철)의 비중은 7.8입니다. 가로.세로.높이 각 10cm인 사각상자에 물을 가득 채우면 부피는  1,000ml = 1리터이고 무게는 1kg입니다. 그런데 그 사각상자에 쇠를 가득 채우면 무게가 7.8kg이 됩니다. 물에 넣으면 가라앉아도 뒤지게 빨리 가라앉지요. 이걸 물에 띄우려면 어떻게 해야 할까요. 물에 뜰 때까지 속을 파내면 됩니다. 얼마나 파내야 할까요. 속을 6.8kg이상 파내어 무게를 1kg 이하로 만들면 되는 것이지요. 즉, 물의 부피 1리터 = 1kg이므로 같은 부피를 가진 쇠구조물의 무게가 1kg보다 적어지는 순간, 물에 뜨기 시작합니다. 이것이 선박이 물에 뜨는 기본원리입니다. 2. 복원력 선박이 기울어졌다가 다시 원상태로 돌아오는 것을 복원력이라고 합니다. 이 복원력은 무게 중심이 어디에 있는가에 영향을 받고, 한편으로는 부피의 중심에도 영향을 받습니다. 무게중심과 부피중심의 차이값을 GM(Gravity Moment)이라고 합니다. 만약 무게중심과 부피중심이 같아지면 GM=0(Zero)가 되는 겁니다. 부피중심보다 무게중심이 높을 경우 즉, GM<0 일 경우, 배는 뒤집어 집니다. 따라서 선박이 전복되지 않으려면 무게중심이 낮을수록 좋습니다. 그러려면 낮은 곳에 무거운 것이 많이 놓아야 합니다. 무거운 짐을 아래쪽에 싣는 것도 같은 원리입니다. 엔진이 배 밑바닥에 설치되는 것도 선박의 복원력을 높이는데 큰 영향을 미칩니다. 그러나 선박의 복원력이 지나치게 높을 경우, 즉 파도나 너울 등으로 선체가 좌우로 기울어 졌다가 다시 복원하는 힘이 지나치게 클 경우에는 선체의 횡요(롤링) 주기가 빨라져서 항해를 하는데 피곤하게 할 뿐만 아니라 선체에도 그리 좋은 영향을 미치지 않기 때문에 발라스트(해수주입) 등으로 어느 정도 조절을 하게 됩니다. 군함의 경우 전투 중 침수, 파공, 파손등 최악의 상황까지를 고려하여 설계되며, 수송선을 제외하고는 화물적재로 인한 GM변동의 폭이 적기 때문에 안정적인 복원력을 확보하기에 충분하도록 건조되고 있습니다. 그러나, 만약 심한 침수가 발생하는 경우 혹은 선체 일부가 파손되는 경우엔 선체 구조 전체 밸런스를 놓고 복원력을 따져봐야 합니다. 3. 커다란 충격과 함께 기울어진 천안함, 왜? 천안함이 외부로부터 충격을 받고 급격히 우측으로 기울어집니다. 함장과 대원들의 증언에 의하면 거의 90도 기울어졌다고 하며 TOD영상을 통해 보여지는 모습에서도 완전히 옆으로 누운 모습을 보여주고 있습니다. 복원력이 뛰어난 선박이 어떠한 외력에 의하여 90도 가까이 기울어지는 것은 매우 이례적인 일입니다. 그러면 어떻게 그런 일이 발생하였을까요. 어떤 과정을 통해 그런 현상이 나타났을까요. 천안함이 충격과 동시에 기울어진 것일까요. 아니면 한참 후에 그렇게 되었을까요. 2차 사고후 선체는 즉시 절단되었을까요. 아니면 얼마나 버티다 절단되었을까요. 그 모든 것이 2차 사고의 원인과 관련이 있을 수밖에 없습니다. 다음 글에서 관련 그래픽들과 함께 마무리 하겠습니다.  신상철   원문 주소 - http://www.seoprise.com/board/view.php?table=seoprise_12&uid=193929

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