신칸센의 저 길고 뾰족한 앞부분, 빠르게 달리려고 만든 거라고 생각했다면 절반만 맞습니다.
주된 이유는 속도가 아니라 소리였습니다.
터널 출구에서 터지는 폭발음
신칸센은 일본 열도를 가로지르면서 수없이 많은 터널을 통과합니다.
문제는 그 순간에 있었습니다.
열차가 터널 안으로 들어서면 앞에 있던 공기가 순식간에 압축됩니다.
압축된 공기는 압력파가 되어 터널 안을 달리고, 출구에 다다르면 밖으로 터져 나옵니다.
그 소리가 폭발음처럼 들립니다. 이른바 '터널 붐'이라고 부르는 현상입니다.
물총새 부리형 선두로 바꾼 뒤 열차 공기압 감소율
물총새가 힌트를 줬다
여기서 등장하는 게 새 한 마리입니다.
물총새는 공기 중에서 수면으로 뛰어들 때 물이 거의 튀지 않아요. 서로 밀도가 전혀 다른 두 환경을 부드럽게 가로지르는 거죠.
그 비결은 부리 형태에 있었습니다. 가늘고 길게 뻗은 물총새의 부리는 경계면의 저항을 한꺼번에 받지 않고 조금씩 나누면서 통과합니다.
터널 입구라는 경계면을 부드럽게 가로지르는 것, 그게 핵심이었다.
가늘고 길게 뻗은 선두부는 터널 안 공기를 한꺼번에 밀어붙이지 않고 서서히 압축합니다.
그 결과 압력파의 세기가 줄고, 출구에서 터지는 소음도 잦아들었습니다.
속도는 부산물이었다
물론 뾰족한 앞부분이 공기 저항을 줄여주는 건 맞습니다.
설계의 출발점은 달랐습니다. 엔지니어들이 선두 형상을 바꾼 이유는 더 빠르게 달리기 위해서가 아니라, 고속 주행 중 발생하는 소음과 압력파를 억제하기 위해서였습니다.
지금 신칸센에는 터널 입구에 압력 완화용 후드를 설치하는 방법도 함께 쓰입니다. 차량 자체의 형상 개선과 지상 시설이 같이 움직이는 방식으로, 문제를 다층적으로 해결한 셈입니다.
신칸센 차량마다 선두 형상이 조금씩 다른 것도 이 맥락에서 보면 납득이 됩니다. 어느 노선에 터널이 얼마나 많은지, 어떤 속도로 통과하는지에 따라 요구 조건이 달라지기 때문입니다.
우리가 보는 건 결과물이다
고속열차 하면 떠오르는 그 유선형 실루엣.
빠르기 때문에 저렇게 생겼다고 보기 쉽지만, 저 형태가 만들어진 이유는 조용하게 달리기 위해서였습니다.
소리를 지우려고 다듬었는데 빠르기까지 해진 셈입니다.
신칸센을 타고 창밖을 바라보다가 터널을 지날 때, 귓가에 아무 소리도 없다면 그 침묵은 그냥 온 게 아닙니다.
