물로 칼베기? > 자유 게시판

‘칼로 물베기’란 말은 사전에도 나와 있지만 ‘물로 칼베기’란 말은 없다. 적어도 상식을 갖고 있는 사람이라면 그런 어처구니없는 말을 할 리가 없다. 하긴 ‘낙숫물이 돌을 뚫는다’는 격언이 있기는 하다. 한 분야에서 끈기 있게 노력하면 성공한다는 뜻으로 사용되는 말이지만, 장시간에 걸쳐 돌 위로 물이 떨어지면 언젠가는 그 돌에도 구멍이 뚫린다는 것은 누구나 다 알고 있는 사실이다.

그런데 이렇게 수십 년에 걸쳐서 돌에 구멍을 뚫는 한가로운 일이 아니라, 순식간에 물이 돌을 베어 버리거나 칼날을 베는 일이 실제로 현재 여러 공장에서 이루어지고 있다. 다름 아닌 워터 제트란 장치가 그것이다. 지름 0.1∼0.2mm의 실처럼 가늘게 만든 물줄기를 고속으로 가속시킨 후 자르고자 하는 물체에 분사하여 절단한다. 실제로 3000∼9000기압으로 압축된 물줄기를 가느다란 노즐을 통하여 초속 600∼ 1000m 정도(소총의 탄환은 초속 600m 정도)로 분출시키면, 그 세찬 물줄기는 가죽이나 목재 혹은 암석이나 알루미늄판과 강철판조차도 칼로 두부를 자르듯이 곱고 예리하게 잘라 준다.

물줄기가 연속된 상태로 고체의 표면에 부딪치는 경우 물의 밀도를 ρ, 분사된 물의 속도를 υ라 하면 고체 표면에는 ρυ2/2의 압력이 생긴다. 물의 밀도 ρ=1000kg/m3, 물줄기의 속도 υ=1000m/s를 대입하면 압력은 1000×(1000)2/2[kg/ms2]=5000×105Pa=약 5000기압이 된다. 참고로 1기압은 약 105Pa이다.

지름 0.1∼0.2mm의 좁은 영역에 이렇게 높은 압력이 주어지므로 이 고체 표면은 두부에 칼날을 댄 것처럼 쉽게 절단된다. 예컨대 두께 6mm의 합판이나 플라스틱판일 경우는 1분간에 약 90cm(1.5cm/s) 정도의 속도로 면도칼로 자르듯이 예리하게 절단 할 수 있다. 그것도 직선 형태뿐만 아니라 나무 잎사귀의 가장자리처럼 지그재그 형태로 굴곡이 있는 곡선 형태로도 자를 수 있다. 컴퓨터 제어의 도움을 받는다면 말이다.

워터 제트의 절단 능력은 물의 분출 압력이 높아질수록 올라간다. 강력한 압축 펌프를 써서 물의 압력을 9000기압으로까지 올려 주고, 분출구의 지름을 0.1mm 수준으로 좁혀만 준다면 웬만한 물체는 다 자를 수가 있다. 칼날은 물론 철근콘크리트ㆍ냉동 식품ㆍ암석ㆍ유리 등 무엇이나 순식간에 절단해 준다. 그뿐이랴 이 워터 제트는 뜻밖에도 제과점에서도 대활약을 하고 있다. 보통의 경우 칼로 케이크나 빵을 자르면 칼날을 댄 위쪽 부분이 오무라들지만, 워터 제트로 자르면 면도칼로 자른 듯이 단면이 깨끗하게 잘라진다. 그래서 데코레이션 케이크 등 모양을 중시하는 경우에는 이 워트 제트를 쓴다.

『Newton』2001년 9월호

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