[김범준의 옆집물리학]코끼리 귀

코끼리 모습을 떠올려보자. 이름 자체가 ‘코가 긴 이’라는 뜻이니 아무래도 자유자재로 움직이는 긴 코가 먼저 떠오른다. 이어서 두꺼운 다리, 털이 드문 쭈글쭈글한 피부, 그리고 커다란 귀도 생각난다. 코끼리의 특징적인 모습을 물리학의 방식으로 이해해보자.
코끼리 다리가 두꺼운 이유를 찾기 위해 중요한 것이 물리학의 압력이다. 힘을 면적으로 나눈 것이 압력이어서 똑같은 힘으로 밀어도 면적이 작을수록 압력이 커진다. 압정의 평평한 면을 손가락으로 밀면 손가락은 멀쩡해도 압정의 뾰족한 끝은 게시판의 나무를 뚫는다. 손가락 피부가 나무판보다 더 부드러운데도 말이다. 물질마다 버틸 수 있는 최대 압력이 정해져 있다. 이보다 큰 압력이 가해지면 물질은 버티지 못한다. 뾰족한 압정 끝은 단면적이 작아 큰 압력으로 나무판을 뚫고, 압정의 평평한 면은 면적이 커서 작은 압력으로 미니 손가락은 멀쩡하다. 압정으로 게시물을 부착할 때마다 우리 모두 물리학을 이용하는 셈이다. 물리학 책을 덮고 눈을 들어 창밖을 보면 그곳에도 물리학이 있다. 물리학은 세상 어디에나 있다.
두꺼운 코끼리 다리도 압정과 마찬가지로 압력으로 이해할 수 있다. 다리가 버틸 수 있는 최대 압력보다 실제 작용하는 압력이 크면 다리는 버티지 못한다. 코끼리는 덩치가 커서 무게도 크다. 이 큰 무게가 만들어내는 압력을 줄여 다리가 버틸 수 있는 최대 압력보다 작게 하려면 어떻게 해야 할까? 다리를 두껍게 해서 단면적을 늘리는 것이 진화가 찾아낸 해결책이다. 긴 진화의 과정에서 덩치가 커지면서 다리의 단면적도 함께 늘어난 코끼리가 생존에 유리했을 것이 당연하다. 코끼리 다리가 두꺼운 이유는 간단하다. 덩치 큰 코끼리는 무겁기 때문이다.
모든 포유동물은 체온을 일정하게 유지한다. 생화학 반응으로 몸 전체가 만들어내는 열에너지가 몸 밖으로 적절히 방출되지 않는다면 내부의 온도가 끊임없이 오를 수밖에 없다. 코끼리 체온이 일정한 이유는 안에서 만들어낸 것과 정확히 같은 양의 열에너지가 밖으로 방출되기 때문이다. 대충 어림해 세포 하나가 만들어내는 열에너지가 일정하다고 가정하면 코끼리가 만들어내는 열에너지는 몸의 부피에 비례한다. 한편, 코끼리가 몸 밖으로 방출하는 열에너지는 몸의 부피가 아니라 피부 전체의 겉면적에 비례한다. 부피는 길이의 세제곱에 비례하고 면적은 제곱에 비례하니, 길이가 10배인 동물이 만들어내는 1000배의 에너지 중 방출할 수 있는 것은 기껏 100배에 불과하다. 코끼리는 늘 덥다.
추위가 아닌 더위가 문제인 코끼리는 그럼 어떻게 이 난제를 해결했을까? 피부에 털이 많다면 열을 잘 전달하지 않는 공기층이 털 주변에 머물며 열 방출을 방해한다. 코끼리는 몸 표면의 털을 줄였다. 매끈한 피부를 쭈글쭈글하게 만드는 것도 도움이 된다. 공기와 접촉하는 유효 면적이 늘어나 더 많은 열을 방출할 수 있기 때문이다. 진화의 과정에서 코끼리는 몸 표면 털을 줄이고 피부를 쭈글쭈글하게 만들어 더위를 피했다.
자, 이제 코끼리 귀가 어떤 역할을 하는지 독자도 예상해 답할 수 있다. 코끼리 귀는 자동차 라디에이터다. 엔진 주변을 흐르며 열을 흡수해 온도가 높아진 냉각수는 자동차 앞부분 구불구불 길게 관이 이어진 라디에이터를 통과하며 차 밖에서 유입된 차가운 공기와 만나 온도가 낮아진다. 라디에이터의 구조를 찾아보라. 공기와 접촉하는 면적을 가능한 늘리려는 디자인이 구현된 것을 한눈에 알아볼 수 있다. 코끼리 귀도 마찬가지다. 넓은 면적의 코끼리 귀에 분포한 많은 혈관을 통해 흐르는 높은 온도의 혈액은 차가운 공기와 만나 열을 방출해 식는다.
힘을 면적으로 나눈 것이 압력이며 면적은 길이의 제곱에, 부피는 세제곱에 비례한다는 것만으로도 코끼리는 왜 코끼리처럼 생겼는지 어느 정도 답할 수 있다. 덩치가 커 무거운 몸무게를 두꺼운 다리로 버티고, 덩치가 커 몸이 더워지니 털 없앤 쭈글쭈글한 피부와 커다란 귀로 열을 방출한다. 물리학을 이용해 코끼리 귀의 면적을 정확히 계산해낸 것은 아니다. 하지만 물리학은 코끼리 귀가 왜 큰지 설명한다.
무엇이라도 정확히 계산하는 사람이 물리학자라고 생각했다면 오해다. 이해를 위해 초점 흐린 눈으로 세상을 보는 것이 물리학의 방식이다. 앞에서 길이가 10배면 생성 에너지가 1000배라는 추정도 정확지 않다. 실제는 200배 정도다. 그래도 코끼리 모습 설명에서 바뀔 것은 없다. 대충하는 어림이 물리학의 장기다. 더 나은 이해를 위해 고른 길이다.
정부 계획에 따라 2036년까지 순차적으로 폐쇄될 노후 석탄발전소 28기를 액화천연가스(LNG) 대신 재생에너지로 대체하더라도, 석탄발전 전량 퇴출과 가스발전 제한 등 추가 조치 없이는 온실가스 감축 효과가 미미할 것이라는 분석이 나왔다.
국제환경단체 그린피스와 시민사회 연대체 ‘화석연료를 넘어서’는 에너지·기후 연구기관 플랜잇(PLANiT)에 의뢰해 제11차 전력수급기본계획(전기본)을 바탕으로 분석한 시나리오별 배출량을 17일 발표했다.
연구를 보면, 11차 전기본에 따라 노후 석탄발전소 28기를 폐쇄하고 이를 재생에너지로 대체하더라도 2038년 전력 부문 온실가스 배출량은 약 1억1400만t에 달해 국가온실가스감축목표(NDC)에 따른 배출경로상 2038년 목표인 5600만t의 2배를 상회할 것으로 분석됐다.
재생에너지 설비 자체는 증가하지만, 재생에너지 발전량이 부족한 시간대에 남아 있는 석탄발전이 공백을 메우면서 석탄발전량은 감소하지 않았기 때문이다. 노후 석탄발전을 LNG로 대체하는 시나리오와 비교하면, 재생에너지로 대체할 경우에 LNG 발전량은 15.7TWh(테라와트시) 감소하고 태양광과 풍력 발전량은 각각 8.4TWh, 9.1TWh 증가했지만 석탄발전량은 두 시나리오에서 94.1TWh로 동일했다.
반면 2038년까지 모든 석탄발전소를 멈추면서 신규 LNG발전소를 세우지 않고, 기존 LNG 발전 이용률은 15%로 제한한 시나리오에서는 온실가스 배출량이 3700만t으로 감소해 NDC상 목표의 3분의 2 수준으로 하락하는 것으로 나타났다.
연구진은 “11차 전기본의 설비 계획을 단순히 이행하는 것만으로는 온실가스 감축목표 실현이 어렵다”며 “모든 석탄발전의 물리적 퇴출과 강도 높은 신규 가스발전 규제가 동시에 이뤄질 경우 배출량이 계획보다 크게 줄어들 수 있다”고 말했다.
연구진은 전력 수요를 어디에 배치하느냐에 따라서도 송전망 부담이 크게 달라진다고 밝혔다. 수도권 전력수요 60TWh(연구진 가정값)를 재생에너지 발전 여건이 좋은 호남권으로 옮긴다면, 전라권→충청권 송전량과 충청권→수도권 송전량이 각각 34TWh와 38TWh에서 10TWh와 6TWh로 71%, 84% 줄어들 것으로 추산됐다. 반대로 수도권 전력 수요를 그대로 둔 채 재생에너지만 확대할 경우 장거리 송전 부담은 오히려 커지는 것으로 분석됐다.
연구진은 “전력 수요 분산은 재생에너지 전환의 실효성을 확보하기 위한 전제 조건”이라며 “데이터센터와 반도체 산업단지 등 대형 신규 전력 수요의 입지를 재생에너지 발전 비중이 높은 호남권으로 유도하는 접근이 요구된다”고 말했다.
인문서 <세네카, 오늘을 빼앗기고 있는 당신에게>가 전주에 이어 종합 베스트셀러 1위 자리를 차지했다.
교보문고가 18일 발표한 9월 둘째 주 베스트셀러 순위에 따르면 <세네카, 오늘을 빼앗기고 있는 당신에게>가 정상을 차지했다. 이 책은 전주에 3주만에 종합 1위를 되찾았다.
최인서의 <한국사 이상현상 연구원>, 유래혁의 <수족관>, 헤르만 헤세의 <싯다르타> 등 소설이 종합 2∼4위로 뒤를 이었다. 소설가 김애란의 에세이 <그랬다고 적었다>가 종합 5위를 차지했다. 조정래가 3년 만에 내놓은 신작 장편 소설 <서리꽃>은 7계단 상승해 종합 12위에 올랐다.
출판사 민음사의 ‘책×빵’ 협업 마케팅이 큰 호응을 얻으면서 세계문학전집의 판매고 또한 동반 상승했다.
헤르만 헤세의 <데미안>과 프랑수아즈 사강의 <브람스를 좋아하세요>가 각각 7계단 상승해 종합 13위, 19위에 올랐다.

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