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개미가 건물 옥상에서 떨어지면 살 수 있을까?

일상속 과학/과학

by 여사모 2019.07.05 19:32

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높은 건물의 옥상에서 떨어진다면 그 어떤 생명체도 살 수 있을 거라고 생각하기 어렵습니다. 그러나 덩치가 작은 생명체들은 직관적으로 예외가 되지 않나라고 생각이 들 때가 있죠. 그렇게 생각되는 이유는 이런 생명체들은 기본적으로 가벼워 충격이 덜 할거 같아서라고 막연한 생각이 들기 때문입니다.

 

그런데 이에 대해서 알아보니 실제로 옥상에서 떨어진 개미는 살 수 있을 확률이 높은편이라고 합니다. 어떻게 이런 결과가 나오게 되었는지 알아보도록 하겠습니다. 

▶건물에서 떨어지는 개미의 생존여부를 알기 위해서는 종단 속도와 등속도에 대해서 먼저 확인을 해야 합니다. 공기 중에서 물체가 떨어지면, 물체는 공기의 저항을 받게 되는데 떨어지는 속도가 빨라질수록, 저항력은 커지게 되서 결국은 저항력과 중력의 크기가 같아지는 등속도로 떨어지는 때가 생기게 됩니다. 이때의 속도가 바로 종단 속도이죠.

 

 

 

<출처: https://yjh-phys.tistory.com/181>

이러한 종단속도는 질량이 작을수록 빨리 등속도에 도달하게 되는데 개미와 같이 작은 질량의 생명체는 거의 떨어지자마자 등속도로 떨어지게 됩니다. 

 

▶개미가 옥상에서 떨어 졌을 때 받는 충격은 여러가지 조건에 따라서 다르게 나타날 수 있습니다. 여기서는 좀 더 쉬운 이해를 위해 상황을 단순화하여 알아보도록 하겠습니다. 

 

먼저 위에서 언급했듯이 개미가 떨어질 때 받는 공기의 저항때문에 개미는 떨어지자 마자 등속도로 떨어지게 됩니다. 이를 실험해본 미국의 일리노이아 대학교의 물리학자는 개미가 낙하시 등속도가 될 때 속도는 6.4km/h (시속 6.4km)라고 밝혔습니다. 이를 이용해서 무게가 1g인 개미가 등속도가 될 만큼 충분히 높은 옥상에서 떨어질 때 받는 충격량을 계산해보면 

 

1) 충격량의 공식은

<충격량은 운동량의 변화와 같다, https://bit.ly/2FSU2Ne>

그런데 개미가 떨어지기 직전의 최초 속도는 0이므로 충격량은 결국 P=MV가 됩니다. 

 

2) 등속도를 초로 환산을 해보면, 6.4km/h = 6.4km / 3600s (1시간은 3600초 즉, 3600초 당 6.4km 이동) = 1.78m / s (초당 1.78미터 속도)가 되며 

 

3) 이를 충격량 공식 P=MV (질량 * 속도)에 대입해 보면 0.001kg * 1.78m / s = 0.00178N이 됩니다. 

<옥상에서 떨어지는 개미유튜브, https://bit.ly/2JdHKRv>


따라서 무게가 1g인 개미가 바닥에 부딪힐 때는 자기 무게의 1.78배 정도의 충격을 받게 되는 것이고 이는 1.78g 정도의 충격이 개미의 몸에 가해진다는 것입니다.

 

 

 

여기서 한가지 전제조건은 충돌시간이 1초일 때 이 정도 충격을 받는 다는 것인데 만약 충돌시간이 0.1초라면 이의 10배인 17.8g의 충격을 받게 되는 것입니다. 즉, 바닥의 재질에 따라 받는 충격이 다를 수 있다는 것이죠. 

▶생물역학저널’(Journal Biomechanics)를 통해 발표된 미국 오하이오대학교의 연구팀의 연구 결과에 따르면 개미는 자기 몸보다 5,000배 무거운 물건 즉, 1g인 개미가 5kg의 물체를 들고 이동할 수 있다고 합니다. 더구나 개미의 경우 단단한 큐티클층으로 외골격을 가진 곤충으로 왠만한 충격에는 끄떡도 하지 않지요.

 

이를 고려해보면 1~100g 정도 충격이 개미를 죽일 수 있다고 판단하기는 쉽지 않아 보이며 이런 이유로 옥상에서 떨어진 개미가 살 확률은 상당히 높게 되는 것입니다. 

 

 

 

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