나무의 세력과 '유체정압 패러독스'
우리가 알고 있는 상식을 한번 되짚어 볼 필요가 있다. 때로는 상식이 발목을 잡는 경우가 허다하기 때문이다. 이를테면 얼마 전에 타계한 우주물리학자 스트븐 호킹은 “상식이란 우리가 자라면서 익숙해진 편견의 다른 이름일 뿐”이라며 상식을 깨는 새로운 이론이 나타날 것이라고 전망했다.
나무줄기가 수직일수록 생장이 강한 가지이므로 도장지는 세력이 강한줄기라는 상식이 우리가 자라면서 익숙해진 하나의 편견이 아닌지 점검해 볼 필요가 있다.
나무는 생명체이다. 생명체는 물을 근본으로 한다. 사람의 인체는 물이 70% 정도를
차지하고 식물은 대체로 90%가 물로 이루어져 있다.
이는 유기물인 감귤나무 100kg을 잘게 잘라서 탈수기에 넣고 회전시켜 분리하면 물(H2O) 90kg과 나머지 무기물질 10kg으로 나눠진다는 의미가 된다.
줄기에서 일어나는 현상을 제대로 파악하기 위해 그 성분이 90% 차지하는 물의 성질과 대비하기 위해 감귤나무를 하나의 ‘귤나무모양 물 그릇’으로 대치하여 관련법칙들을 준용하여 적용해 볼 수 있다. 그릇에 담겨있거나 흐르는 물에 대한 법칙을 다루는 학문을 ‘유체역학’이라고 한다.
감귤나무가 자라나는 현상을 유체역학이라는 학문의 법칙들로 적용해 보자.
이미 유체역학의 일부 인 삼투압현상, 표면장력, 모세관현상등은 뿌리가 물을 흡수하고 줄기가 물을 이동시키는 원리로 밝혀져 있기에 이에 대한 보편타당성은 충분할 것이다.
귤나무 모양의 물그릇은 한시도 멈추지 않고 연속적으로 그 부피가 확대되면서 팽창 혹은 수축한다. 즉 시간에 따라 나무용적이라는 부피가 커져가기도 하고 줄어들기도 하는 것이다. 이러한 변화되는 양상 중에 한순간을 포착해서 멈추어 있는 상태를 관찰해보자. 사실 우리가 나무를 바라볼 때 정지된 상태를 바라보고 있는 것이지 부피가 커지는 활동하는 상태를 볼 수는 없다.
한 나무가 성장하는 상태를 누군가가 매일 하루에 한 장씩 사진을 찍어 총 365장의 사진을 가지고 있다고 치자. 이를 차례대로 나열한다고 했을 때 100번째와 101번째의 순서를 바꾸더라도 잘못 놓여 진 차이를 거의 느끼지 못할 것이다. 하지만 100번째와 300번째의 순서를 바꾸면 그 차이는 확연히 느껴질 것이다. 가끔 감귤과수원에 가서 탄성을 지르며 좋아하는 일반인이라면 봄에 꽃 필적에 나무 한번 보고 열매 수확할 때쯤에나 나무를 다시 보게 되므로 변화된 풍경이 신기하여 놀라움에 저절로 감탄사가 나오게 된다.
하지만 거의 날마다 농장에 가야하는 농부라면 미세한 변화를 경험하게 되어 이를 거의 느끼지 못하게 된다. 변화가 없는 것은 아니지만 마치 100번째와 101번째 사진의 변화처럼 그 변화된 차이를 잘 느끼지 못하는 것이다.
이처럼 우리는 차이가 거의 느껴지지 않는 성장하는 나무의 정지화면을 연속적으로 바라보는 것이 우리가 나무의 성장현상을 관측하는 형태이다. 나무를 바라볼 때 정지한 것처럼 보이지만 실재로는 어떤 힘에 의해 연속적인 변화과정 중에 있다.
즉 귤나무모양의 물 그릇이 내부응력과 외부압력의 상호작용에 의해 연속적으로 커져가고 있는데 이때 유체의 동적인 변화를 유도하는 어떤 힘이 가해지고 있다고 할 수 있으며 이러한 힘을 전문용어로는 ‘유체동압’ 이라고 한다.
우리는 그 중 정지된 상태에서 가해진 결과만을 볼 수 있으며 이를 전문용어로 ‘유체정압’ 이라고 부른다.
밝혀진 파스칼의 원리에 의하면 유체정압 상태에서는 유체의 모든 방향에서 압력이 동일하다. 그런데 겉으로 보기에는 그릇모양의 용적이 크거나 길이가 긴 쪽이 적은 쪽에 비해 유체압력 세기가 더 클 것처럼 느껴진다.
이러한 현상을 일컬어 ‘유체정압 패러독스’ 라고 한다.
감귤나무라는 물 그릇에 이를 적용하면 귤나무모양 물 그릇의 정지된 상태에서 압력은 어디에나 동일하다. 뿌리, 원목, 줄기선단 부위 등 어디를 측정하더라도 한 나무에서 정지된 상태의 압력은 동일하다.
그런데 우리가 느끼기에 도장지를 보면 그 가지가 다른 가지에 비해 세력이 강한 것처럼 보여 진다. 세력이 강해야 더 많이 크기 때문에 이렇게 느끼는 것은 너무도 당연한 상식이다.
문제는 이러한 현상은 유체정압 패러독스, 즉 보여 지는 것과 실제현상이 불일치하는 모순이라는 것이다.
나무 하나를 두고 가지가 굵고 길어 높기 때문에 세력이 강하다거나, 줄기가 처지거나 잎의 색이 연해서 세력이 약하다는 표현은 잘못된 오류라는 것을 파스칼의 정리인 유체정압 패러독스가 이를 증명하고 있다.
이런 면에서 ‘도장지는 세력이 강하다’ 라는 상식은 우리에게 익숙해진 편견은 아닐까?
다음호에 계속.....
김진한 칼럼니스트는?
1968년 6월 생으로 제주 성산 삼달리에서 출생하여 삼달초교, 신산중, 금오공업고등학교, 금오공과대학을 졸업, 91년 육군소위로 임관하여 장교로 군복무 후 육군대위 전역, 2002년도 출생지로 돌아와 귀농 하였다.
이후 2004년 '제주대 최고농어업경영자과정', 2009년 '한국벤처농업대학' 등의 과정을 수료, 2004년~7년까지 '제주도정보화농업인연합회' 창립발기인 및 초대, 2대 사무국장을 역임 하는 등 쉼 없는 노력을 인정받아 2006년 '전국 농업인 홈페이지 경진대회 최우수 농림장관상','농촌진흥청장 표창', 2011년 '농업인 정보화 관련 유공 제주도지사 표창' 등 다수의 상을 수상 하였다.
또한 여러 활동과 경험을 바탕으로 농업과 공학을 접목시키는 기술을 연구, 2015년 '감귤나무를 포함하는 과실나무의 전정방법', 2016년 '이동식감귤선별장치' 2017년 '감귤나무를 포함하는 과실나무의 전정방법' 등을 특허등록 하였다.
저서로는 2015년 '상대성이론과 식물역학'(하나출판), 2016년 '중력파와 식물성장법칙'(하나출판)이 있으며, 2018년에는 '전정법 개선으로 고품질 감귤생산 실용과제' 를 '대산농촌재단 농업실용연구총서7'에 발표 하였다.
<본 칼럼의 내용, 이론은 김진한 칼럼니스트 개인 연구 결과임을 참고 바랍니다>
