[재미난 융합과학 이야기] 자이로드롭은 어떻게 멈출까

의자 뒤 자석·타워중앙 금속판 이용
전자기 유도현상에 반발력으로 제동

놀이공원에 가면 사람들이 가장 크게 고함을 지르면서 타는 자이로드롭이라는 놀이기구가 있다. 자이로드롭은 562kW의 강한 전기모터에 의해 레일을 따라 상승하게 되는데, 최고 높이는 지상 70m이며 여기서 3초 동안 정지한다. 3초 후 고리가 풀리면서 탑승의자가 떨어지는데, 이때 시속 97km로 약 45m의 거리를 자유 낙하하다가 지상 25m 높이에 오면 브레이크가 작동하면서 멈추기 시작한다.

자이로드롭의 브레이크가 자동차의 브레이크처럼 마찰력을 이용한 브레이크라면 오래 사용할 때 마모되거나 파손되어 제대로 정지하지 못할 수도 있을 것이다. 또 전자석을 이용하는 경우 갑자기 정전이 되면 정지하지 못하는 사태가 발생할 수도 있다.

자이로드롭에는 어떤 브레이크가 장치되어 있을까. 자이로드롭의 브레이크는 와전류(맴돌이전류)를 이용한다. 자석의 N극과 S극 사이에 전류가 통하는 금속을 넣으면 순간적으로 전류가 흐르면서 금속이 자성을 띠게 되는데, 이때 금속에 의한 자기장과 자석의 자기장 사이에는 서로 밀어내는 힘이 작용한다.

즉, 자이로드롭에는 의자 뒤에 12개의 긴 말굽 모양의 자석과 타워 중앙에 12개의 금속판이 각각 장치되어 있는데, 이 두 물체는 지상 25m 높이에서 서로 만나게 된다. 이때 영구 자석과 전자기 유도 현상에 의해 전자석이 된 타워의 금속 사이에는 강한 반발력이 생기게 되고, 이 반발력에 의해 자이로드롭은 멈추게 되는 것이다.

즉, 접촉하지 않으면서도 힘을 작용하여 자이로드롭이 안정적으로 멈출 수 있게 해준다. 이같이 자이로드롭의 브레이크는 전자기 유도를 이용하여 안전하게 놀이기구를 즐기게 해준다.

자이로드롭의 브레이크와 같은 원리를 이용하는 또 다른 장치에는 맴돌이전류가 움직임을 감쇄하는 점을 이용한 맴돌이 브레이크가 있다. 이 브레이크는 일반적인 마찰 브레이크와는 달리 물리적인 마찰을 이용하지 않기 때문에 마모나 소음 등의 문제가 없고 전기적으로 제어하기가 쉽다는 장점이 있다.

미래엔 올리드과학팀