초고층 빌딩의 설계에서 미래의 운송수단까지

과학은 어떻게 도시를 작동시키는가?

 

도시를 움직이는

과학과 기술의 세계!

세계최고층 빌딩인 부르즈 칼리파는 높이가 828미터에 이른다. 이처럼 100층이 넘는 초고층 빌딩은 거대한 돛처럼 작동해 자칫하면 바람에 심하게 흔들리고 강풍에 쓰러질 수 있다. 그럼, 어떻게 그 높은 빌딩이 강풍에도 쓰러지지 않고 버틸 수 있는 걸까. 또한 도시에서 소비되는 막대한 양의 수돗물은 어떻게 멀리 떨어진 수원지에서 각 가정까지 전달되는 걸까. 깨끗한 물을 안정적으로 공급하기 위한 정화기술과 수도관에는 어떤 과학이 숨어 있을까? 쓰레기수거장의 폐기물들은 어떻게 처리돼 우리 눈앞에서 사라지는 것일까. 그밖에 초고층 빌딩의 문은 왜 예외 없이 회전문이며, 선로에 낙엽이 쌓였다고 열차가 멈추는 이유는 무엇인지, 우리가 늘 손에 쥐고 있는 휴대전화의 데이터는 어떻게 이동하는지 궁금하게 생각해본 적이 있는가?

이처럼 오늘날 도시가 제대로 작동하는 것은 곳곳에 자리 잡은 과학 테크놀로지와 엔지니어링 덕분이다. 과연 어떻게 가능한 걸까? 호기심 많은 저자 로라 윙클리스는 수많은 자료와 해박한 지식을 바탕으로 도시를 움직이는 고층건물, 전기, 상하수도, 도로, 자동차, 철도시스템, 네트워크 등의 7가지 요소에 대해 탐색해나간다.

물리학자이기도 한 저자는 자신의 첫 책을 위해 자신이 일했던 영국 국립물리연구소를 비롯해 미국 국립신재생에너지연구소, 프랑스 국립해양연구소, 런던 교통국 교통관제소, 미국과 영국과 호주 등의 여러 대학과 기업의 연구소 등에서 활약하는 수많은 전문가를 만나 인터뷰했고 이 결과를 바탕으로 거대한 도시의 작동원리를 한눈에 밝혀낼 수 있었다.

덕분에 독자들은 눈에는 보이지 않는 철근 콘크리트, PVC 접합 유리, 탄소섬유 케이블 등 다양한 건축 자재와 시공 과정, 지하도의 세부 모습을 들여다보고, 국제 데이터의 99%가 아직도 케이블, 그것도 해저 케이블로 전송되는 원리도 이해할 수 있을 것이다.

[목 차]

들어가는 글

 

Chapter 01 빌딩, 마천루의 과학

Chapter 02 전기, 꺼지지 않는 빛

Chapter 03 상하수, 물의 연금술

Chapter 04 도로, 도시의 혈관

Chapter 05 자동차, 탈것의 혁명

Chapter 06 열차, 메가시티의 생명선

Chapter 07 네트워크, 보이지 않는 연결망

Chapter 08 내일의 도시

 

참고문헌

사진 출처

찾아보기

[본 문]

마천루 설계에서 최대 고려 사항은 바람이다. 빌딩이 항상 뻣뻣이 서 있는 것 같지만 사실은 그렇지 않다. 빌딩은 거대한 돛처럼 거동한다. 그래서 빌딩이 바람에 흔들리고 기우는 것을 최소화하기 위한 여러 공학적 기술이 요구된다. 구조적 문제만 있는 것은 아니다. 인간은 흔들림과 진동에 매우 민감하다. 잘못 설계된 건물에 있다가는 바람이 심하게 불 때 멀미가 날 수도 있다. -35쪽

 

마천루의 문은 왜 거의 예외 없이 회전문일까? 회전문이 이렇게 널리 보급된 데에는 보다 과학적인 이유가 있다. 고층건물에 발생하는 여러 문제 중 하나가 굴뚝 효과다. 건물 내부와 외부의 온도 차이 때문에 생기는 현상으로, 열을 받으면 위로 올라가는 공기의 성질과 관계있다. 이 현상은 더운 기체의 원자들이 차가운 기체의 원자들보다 상대적으로 분산도가 높기 때문에, 즉 밀도가 낮기 때문에 발생한다. -48쪽

 

어째서 새들은 고압 전선에 앉아도 감전사하지 않는 걸까? 높다란 전선을 횃대 삼아 앉아서 도시민을 굽어보는 새들에게는 전기가 통하지 않는 걸까? 그렇지 않다. 전기에 관계된 일이 다 그렇듯, 새들의 생존도 전적으로 ‘연결’의 문제다. (…) 엄지와 검지 사이에 건전지를 잡으면 완벽한 회로가 만들어진다. 하지만 새가 고압 전선에 앉을 때는 어떤 회로도 완성되지 않는다. 건전지의 한쪽 전극에만 손가락을 올려놓은 셈이기 때문이다. 회로도 아니고, 전기의 흐름도 없다.

그렇다고 해서 고압 전선을 한 가닥만 만지는 것은 괜찮다는 말은 결코 아니다. 그랬다가는 죽는다. 새들이 무사한 이유는 두 발을 모두 같은 전선에 대고 있기 때문이다. 새들은 전선에 앉아 있지만 전선 외에 다른 것과는 전혀 닿아 있지 않다. 따라서 전류가 이동할 경로가 없다. -77쪽

 

현재는 도시 가정이 쓰는 식수의 약 1/3이 화장실에서 소비된다. 낭비가 아닐 수 없다. 하지만 얼마간의 전향적 계획과 투자를 통해서 미래의 건물들은 목욕과 세탁으로 발생한 그레이워터를 다시 화장실 용도로 쓸 수 있다. 샤워 물을 식물 재배에 사용하는 등의 비공식적인 방법으로 그레이워터를 재사용하는 곳이 많다. 세탁과 목욕으로 발생한 ‘대체로 깨끗한’ 물을 재사용하는 일이 모두의 규준이 되어 화장실의 물 낭비를 대폭 줄일 날이 멀지 않았다. 과학자들은 그레이워터의 활용도를 높일 방법을 찾고 있다. -154쪽

 

오늘날의 열차가 감당할 수 있는 최대 경사는 얼마일까. 30도? 아니면 40도? 미안하지만 여러분의 짐작은 엄청나게 빗나갔다. 마찰 기반 열차가 감당할 수 있는 최대 경사는 고작 4도다. 그것도 경사로가 짧을 때나 가능하다. 열차에 작용하는 마찰력의 변화 때문이다.

평소 열차가 선로를 따라 무사히 움직이는 것은 마찰이라는 고마운 접착력 덕분이다. 하지만 경사가 급해질수록 이 접착력이 약해져 더는 바퀴가 레일과 접촉을 유지하기 힘들어진다. 그러면 열차가 통제력을 잃고 도로 미끄러져 내려간다. 미미한 경사도 열차의 견인력에 커다란 차이를 만든다. 300톤 열차의 경우 1도 경사를 올라가려면 평지를 달릴 때보다 두 배의 힘을 써야 한다. -284쪽

 

사물인터넷이 앞으로 몇 년 내에 우리의 아침을 완전히 바꿔놓을 수도 있다. 잠을 깨우는 알람이 샤워기와 커피머신에게도 작동 명령을 내린다. 이와 동시에 일기예보, 교통정보, 대중교통 시간표, 개인 일정표를 한데 묶는 소프트웨어가 그날의 목적지까지 최적 노선을 짠다. 도시 곳곳에서 빌딩과 차량을 감시하는 센서들이 스스로 점검보수 일정을 잡고, 작물이 도시 농부에게 수확 시점을 예고하고, 쓰레기통들이 관할 관청에 쓰레기 수거 시점을 통지한다. -361쪽

“당신이 도시를 안내해줄 만한 것을 찾고 있다면 이 책 이외에 다른 것은 볼 필요도 없다.”

_마크 미오도니, 《사소한 것들의 과학》저자

 

“이 도시가 어떻게 작동하고 있는지 고등학생과 엔지니어가 동등하게 이해할 수 있도록 묘사했다.”

_ <사이어스>

 

“전 세계의 거대 도시를 형성하는 혁신적인 사고에 관한 독창적인 통찰력!”

<선데이 타임스>

 

“도시의 라이프 스타일을 가능케 하는 공학적 위업을 일상의 언어로 쉽게 풀었다.”

_ <라이브러리 저널>