어린 시절 기차를 타면 창밖 풍경을 보다가 '덜컹덜컹'하는 소리에 귀 기울여 본 경험이 한 번쯤 있을 거예요. 기차가 달리는 내내 이 소리가 끊이지 않는 이유가 뭘까요? 단순히 바퀴가 레일 위를 지나면서 나는 소리일까요? 이 '덜컹' 소리에는 아주 흥미로운 과학적 원리가 숨어 있답니다.
소리의 주범, '레일 이음매'와 '바퀴'
기차가 '덜컹덜컹' 소리를 내는 가장 큰 이유는 레일의 이음매(연결부) 때문입니다. 전통적으로 철도 레일은 20~25m 길이의 쇠막대를 일정 간격으로 연결하고, 이 연결 부위에는 작은 간격을 남겨 두었습니다. 이 간격은 왜 필요할까요? 바로 철이 온도에 따라 늘어나고 줄어드는 열팽창 성질을 가지고 있기 때문입니다.
만약 이 간격이 없다면, 여름철에 레일이 늘어나 휘게 되어 기차가 탈선하는 위험한 상황이 발생할 수 있습니다. 기차의 바퀴가 이런 레일 이음매를 지나가는 순간을 상상해 보세요. 바퀴가 이음매의 틈을 지나갈 때, 바퀴의 일부가 아주 짧은 순간 공중에 뜨게 됩니다. 그리고 다시 레일 위로 쿵! 하고 떨어지게 되죠. 이 충격이 바로 우리가 듣는 "덜컹" 소리의 정체입니다. 마치 계단을 쿵쿵 내려갈 때 발소리가 나는 것과 같은 원리죠.
공명 현상과 울림의 마술
이 "덜컹" 소리는 단순히 충격음에서 그치지 않습니다. 기차 바퀴가 레일과 부딪히면서 발생한 진동은 레일을 타고 멀리 퍼져나갑니다. 마치 돌을 물에 던졌을 때 파문이 퍼져나가는 것처럼요. 이 진동은 기차의 차체와 내부 부품으로 전달되면서, 각 부품이 가진 고유한 진동수와 만나 증폭되기도 하는데, 이러한 현상을 공명 현상이라고 합니다. 공명 현상으로 인해 기차의 '덜컹' 소리는 더욱 크고 풍부한 울림을 갖게 됩니다. 마치 기타줄을 튕기면 기타 몸통이 울려 소리가 커지는 것처럼 말이죠.
현대 기술로의 개선
오늘날에는 이런 덜컹거리는 소리를 줄이기 위해 다양한 기술이 적용됩니다. 열팽창이 작은 특수 레일로 이음매의 간격을 최소화하거나, 레일을 용접해서 하나의 긴 덩어리로 만드는 장대 레일 기술이 대표적입니다. KTX 같은 고속 열차에서 '덜컹' 소리가 잘 들리지 않는 이유가 바로 이 때문입니다.
다음번에 기차를 탈 기회가 있다면, 이 '덜컹' 소리에 한 번 더 귀를 기울여 보세요. 그 소리가 단순한 소음이 아니라 과학과 안전을 위해 존재하는 소리라는 것을 알게 되면, 기차 여행이 더 흥미롭고 재미있게 느껴질 거예요.
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