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창조설계

어떻게 ‘상자’가 수영을 하는가? : 놀라운 거북복의 유체역학적 안정성

어떻게 ‘상자’가 수영을 하는가? 

: 놀라운 거북복의 유체역학적 안정성

(How does a ‘box’ swim?)


    상자 모습(boxy shape)을 가지고 있으며, 가시가 있는 단단한 등껍질로 몸의 대부분이 덮여 있는 거북복(boxfish)은 다른 대부분의 물고기들과 비교할 때 꽤 어색해 보인다. Science 지가 최근에 논평한 것처럼, 'boxfish 라는 이름은 적절한 것처럼 보인다. 그리고 헛간이 날아다니는 것처럼, 그 물고기는 수영할 것이라고 생각할 수도 있다.” [1]


실제로는 거북복은 상당히 유연하게 수영할 수 있다. 이것은 그들이 살아가는 장소가 매우 거칠고 예측할 수 없는 물이 흐르는 암초들이 있는 곳이라는 것을 고려해볼 때 더욱 현저하다. 심지어 소용돌이치는 물 흐름에 의해 지속적으로 괴롭힘을 당하고 있을 때에도, 거북복은 눈에 보이지 않는 소용돌이와 난류를 정정함으로서, 수영 경로로부터 단지 약간의 벗어남만을 허용한 채 나아갈 수 있다. 


그렇다면 이 꼴사나워 보이는 물고기를 그토록 안정되고 조종 가능하도록 만드는 것은 무엇일까? 어떻게 그들은 소용돌이치고 밀려오는 물결들 속에서 그들의 수영 궤적을 그렇게 효율적으로 유지할 수 있을까?

최근 연구에 따르면, 상자형 모습은 그들의 ‘유체역학적 안정성(hydrodynamic stability)’을 위한 하나의 주요한 이유라는 것이다 [3]. 거북복류인 Lactophrys triqueter (흔히 smooth trunkfish로 알려져 있음) 모델을 수갱(water tunnel)에 적용시켜, 연구자들은 모델이 기울여짐에 따라, 그 상자형 모습이 역회전 흐름(counter-rotating currents, 소용돌이)을 만들면서 물의 흐름을 바꾸는 것을 발견하였다. 이것은 스스로 수정하는 힘(self-correcting forces)을 만들어내어서, 물고기가 자동적으로 안정화되도록 효과적으로 작용하였다. 기본적으로, 흐름이 거북복을 위쪽으로 경사지게 한다면, 위쪽에서 만들어진 소용돌이는 그것을 바로잡는데 도움을 주는 것이었다 [1]. 이러한 발견은 연구자들을 흥분시켰다. 왜냐하면 이것과 똑같은 현상이 콩코드 여객기와 우주왕복선과 같은 델타-날개 항공기(delta-wing aircraft)의 특징이었기 때문이었다 [4].


연구자들은 상하요동(pitch) 또는 좌우흔들림(yaw)을 변경하여도 결과는 같다는 것을 발견하였다. 즉 거북복 몸체 주변에서 발달된 스스로 수정하는 소용돌이가 그 물고기의 평정(unflappability)의 비결이라는 것이다. 명백하게 이 스스로 수정하는 특성은 거북복이 많은 에너지를 절약할 수 있도록 해줄 뿐만이 아니라, 지느러미를 사용하여 그들의 위치를 수정하는 것보다 훨씬 더 빠르게 나아갈 수 있게 한다. 효율적인 해저 로봇(undersea robots)을 연구하고 있는 해군 엔지니어들은 이것에 대해 많은 관심을 보이고 있다 [1].


단순히 상자처럼 보이는 그러한 모습이 산호들과 움푹 파여진 곳과 암초들 사이를 흐르는 소용돌이치는 거친 물 속에서 일생을 보내야하는 한 물고기에게 적합할 것이라고 누가 알 수 있었겠는가? 오직 하늘과 땅과 바다와 그 가운데 모든 것을 만드신(출 20:11) 창조주 하나님 외에는 누가 그것을 알 수 있었겠는가?


*Dr. David Catchpoole, B.Ag.Sc.(Hons.), Ph.D., has worked as a plant physiologist and science educator, specializing in tropical agriculture and horticulture. He works full-time for Answers in Genesis in Australia.



References and notes

1. Boxy swimmers, Science 299(5608):817, 2003.
2. Tilley, S., Smoothly does it, The Journal of Experimental Biology 206(4):637, 2003.
3. Bartol, I.K., Gharib, M., Weihs, D., Webb, P.W., Hove, J.R. and Gordon, M.S., Hydrodynamic stability of swimming in ostraciid fishes: role of the carapace in the smooth trunkfish Lactophrys triqueter (Teleostei: Ostraciidae), The Journal of Experimental Biology 206(4):725–724, 2003.
4. In fact, ‘Lift coefficients of boxfish models were similar to lift coefficients of delta wings, devices that also generate lift through vortex generation.’ Ref. 3.


 

번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/creation/v25/i3/swimming.asp

출처 - Creation 25(3):56, June 2003

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2910

참고 : 5438|5430|5426|5432|5335|5351|5352|5359|5317|5382|5327|5287|5224|5158|5128|5104|5088|4764|4762|4849|4856|4759|4728|4693|4219|4212|4197|4151|4056|4041|3947|3806|3976|3855|3394|3803|2988



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