자기부상열차
같은 극끼리 밀어내는 자석의 힘으로 레일 위에 붕 뜬 채 미끄러지듯 달리는 마법 양탄자 같은 기차예요.
정의 자기부상열차는 전기로 만든 자석의 힘을 이용해 선로 위로 차체를 공중에 띄우고, 바퀴와 레일 사이의 마찰 없이 자기력의 힘으로 앞으로 달려나가는 첨단 열차예요.
자석으로 어떻게 무거운 기차를 띄울까요?
어린 시절 자석 두 개를 서로 같은 극끼리 가까이 댔을 때, 손끝으로 튕겨 나갈 듯 밀어내는 팽팽한 힘을 느껴본 적이 있을 거예요. 자기부상열차는 바로 이 보이지 않는 자석의 힘을 이용해 수십 톤에 달하는 거대한 차체를 공중에 둥실 띄우는 기차예요.
기차를 공중에 띄우는 원리는 크게 두 가지로 나뉘어요. 하나는 레일 아래에 전자석을 설치해 레일을 위로 착 달라붙게 끌어당기다가 적당한 거리에서 멈추는 흡인식이고, 다른 하나는 기차와 레일의 자석 극을 서로 똑같이 맞춰서 강하게 밀어내는 반발식이에요. 여기서 전자석은 전기가 흐를 때만 자석이 되는 장치를 말해요.
어떤 방식을 쓰든 기차는 레일 위로 1센티미터에서 최대 10센티미터가량 붕 떠오르게 돼요. 바닥과 차체가 전혀 닿지 않기 때문에 일반 기차 특유의 덜컹거림과 쇠를 긁는 소음이 거의 없어요. 무엇보다 물체의 전진을 방해하는 바퀴와 레일 사이의 마찰력이 완전히 사라진다는 결정적인 장점이 생겨요.
바퀴도 없는데 어떻게 앞으로 달릴까요?
바퀴를 굴리지 못한다면 공중에 뜬 열차는 대체 어떻게 앞으로 나아갈 수 있을까요? 비밀은 선로와 열차 옆면에 촘촘하게 설치된 전자석들이 1초에도 수십 번씩 극성을 빠르게 바꾸는 기술에 숨어 있어요.
열차 바로 앞쪽에 있는 선로 자석은 열차 자석과 다른 극으로 바뀌어 앞에서 열차를 훅 끌어당겨 줘요. 동시에 열차가 방금 지나쳐 온 뒤쪽 선로 자석은 열차와 같은 극으로 바뀌어 뒤에서 등을 팍 밀어주죠. 이렇게 당기는 힘과 미는 힘이 완벽한 호흡으로 동시에 작용해요.
이 자석의 극성을 야구장 관중들의 파도타기 응원처럼 앞쪽으로 빠르게 이동시키면, 열차는 마치 자석의 파도를 타듯 앞으로 빨려 들어가요. 바퀴로 땅을 차며 달리는 게 아니라 선로 전체를 길게 펼쳐놓은 거대한 모터 삼아 자기력의 파도를 타고 미끄러지는 원리예요.
조금 더 정확히 말하면
바퀴 마찰이 사라졌다고 해서 열차가 속도를 무한정 올릴 수 있는 것은 아니에요. 레일과의 마찰은 없앴지만, 열차가 빨라질수록 맞바람을 뚫고 지나가야 하는 공기와의 마찰 저항이 급격하게 커지기 때문이에요.
또한 아주 강력한 힘으로 열차를 높이 띄우고 빠르게 쏘아 보내기 위해 초전도 기술을 활용하기도 해요. 초전도체는 극저온에서 전기저항이 완전히 사라지는 특별한 물질이에요. 저항이 없으면 엄청나게 강한 전류를 흘려 강력한 자기장을 만들 수 있어, 실제로 시속 600킬로미터가 넘는 초고속 주행 기록을 세우기도 했어요.
자기부상열차는 부품의 마모나 탈선 위험이 적고 매우 조용하지만, 선로 전체에 정밀한 전자석 코일을 깔아야 해서 건설 비용이 많이 들어요. 그래서 도심을 조용하게 연결하는 중저속 노선과 도시 간을 초고속으로 잇는 장거리 노선으로 나뉘어 연구되고 있어요.
🤔 흔한 오해
자기부상열차는 공중에 완전히 떠서 달리므로 아무런 마찰이나 저항을 받지 않는다.
레일과 바퀴 사이의 물리적 마찰은 없지만, 공기를 가르며 달릴 때 생기는 공기 저항은 속도가 붙을수록 거세져요. 그래서 고속 자기부상열차일수록 비행기처럼 매끄러운 유선형 디자인이 필수예요.
🧺 일상에서 만나요
자석의 밀고 당기는 힘으로 차체를 공중에 띄워 바퀴 마찰 없이 달리는 미래형 열차예요.