[과학을읽다]옥상에서 떨어지면, 개미도 부상 당한다?

개미는 건물 옥상에서 떨어져도 아무런 이상이 없을까요? [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]개미는 아주 높은 곳에서 떨어져도 아무런 문제 없이 생활할 수 있을까요? 개나 고양이처럼 제법 덩치가 크고, 체중이 나가는 동물은 높은 건물에서 떨어지면 사망할 확률이 높다고 생각합니다.

그런데 개미는 살아남는 것은 물론 아무런 부상도 입지 않을 것이라고 생각하는 사람들이 많습니다. 그 이유는 무엇일까요? 가볍기 때문입니다. 새털보다 가벼운 개미는 높은 곳에서 떨어져도 전혀 충격을 입지 않을 것이라고 생각하는 것이지요. 실제로는 어떨까요?

과학자들은 개미가 높은 건물의 옥상에서 떨어져도 살아남을 확률이 높다고 봤습니다. 그러나 개미의 신체가 온전하지 않을 것이라고 판단했습니다. 미국 일리노이대 연구팀은 높은 옥상에서 개미를 떨어뜨리는 실험을 통해 개미의 등속도와 낙하시 받는 충격량을 계산합니다.

개미가 아무리 가벼워도 무게가 있습니다. 또 높은 곳에서 아래로 떨어질 때는 중력으로 인해 속도가 붙습니다. 공기 중에서 물체가 떨어지면 물체는 공기의 저항을 받게 되는데 떨어지는 속도가 빨라질수록, 저항력은 커지게 됩니다. 결국 저항력과 중력의 크기가 같아지는 등속도로 떨어지는 때가 생기게 되는데 이 때의 속도를 종단속도라고 합니다.

종단속도는 질량이 작을수록 등속도에 빨리 도달합니다. 따라서 개미처럼 질량이 작은 동물은 떨어지자마자 등속도로 떨어진다고 합니다. 연구팀은 개미가 옥상에서 떨어졌을 때 받는 충격은 여러가지 조건에 따라서 다르게 나타나지만, 아주 기본적이고 평탄한 상황을 가정하고 개미를 관찰합니다.

개미도 떨어질 때 공기의 저항을 받지만 가볍기 때문에 떨어지자 마자 등속도로 떨어집니다. 따라서 연구팀은 무게 1g인 개미가 낙하시 등속도가 될 때 속도는 시속 6.4㎞, 충격량은 0.00178N(뉴튼)이라고 합니다.

충격량은 운동량의 변화와 같다고 합니다. 따라서 충격량 P는 '질량(M) x 속도(V)'가 됩니다. 등속도를 초로 환산하면, 6.4㎞/h=6.4㎞/3600s(1시간은 3600초, 3600초당 6.4㎞ 이동한다는 의미)=1.78m/s(초당 1.78m의 속도)가 됩니다. 충격량 공식에 대입하면, 0.001㎏ x 1.78m/s=0.00178N이 되지요.

이는 무게가 1g인 개미가 바닥에 부딪힐 때 자기 무게의 1.78배 정도의 충격을 받는다는 의미로, 1g인 개미에게는 1.78g 정도의 충격이 신체에 가해진다는 말입니다.

한 가지 더 생각할 점은 충격을 받는 시간입니다. 충격을 받는 시간이 1초일 경우 이 정도 충격을 받게 되지만, 충돌시간이 0.1초일 경우에는 그 10배인 17.8g의 충격을 받게 된다는 사실입니다.

이는 바닥의 재질로 달라지는데 스폰지 위에 떨어지면 파묻히게 되므로 충격받는 시간이 늘어나 1초를 넘길 수도 있습니다. 반대로 콘크리트 위에 떨어지면 부딪히는 순간 튀어 충격받는 시간은 0.1초에 불과할 수도 있겠지요.

다른 연구결과에 따르면, 개미는 자기 몸보다 5000배 무거운 물건을 들고 이동할 수 있다고 합니다. 무게 1g인 개미는 5㎏의 물체를 들고 이동할 수 있다는 말이지요. 개미는 작은 덩치에 엄청난 힘을 타고난 것 같습니다. 또 개미는 외골격이 단단한 큐티클층이어서 왠만한 충격에는 부상을 입지 않는다고 합니다.

결론은 높은 옥상에서 개미가 떨어져도 죽지 않을 것이란 점은 분명해 보입니다. 다만, 어떤 재질의 바닥에 떨어지느냐, 다리로 먼저 땅을 짚느냐, 몸체로 땅에 떨어지느냐 등의 조건에 따라 크고 작은 부상은 입을 수 있을 것으로 예상됩니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr