용수철—활동하는 금속

「깨어라!」 ‘캐나다’ 통신원 기

교통량이 많은 곳을 벗어나 ‘액셀러레이터’에서 발을 떼었는데도 아무 반응이 없다. ‘페달’은 눌러진 채로 그대로 있고 차는 계속 과속을 내고 있다. 급히 힘을 들여 ‘브레이크’를 밟아 차를 멈추게 하였다고 하자. 그러나 이러한 긴급 사태가 자주 발생하지는 않는다. 그 이유는 무엇인가? 당신이 발을 뗄 때 ‘액셀러레이터’의 페달을 원래의 위치로 돌아가게 하는 작은 용수철이 있기 때문이다.

고도로 기계화된 사회에서 바쁜 생활을 하기 때문에 우리는 용수철을 당연한 것으로 생각한다. 그러나 용수철은 자동차에서 비행기, ‘타이프라이터’에서 전자 계산기, 시계에서 세탁기, 쥐덫에서 ‘매트리스’에 이르기까지 우리가 일상 사용하는 물건들에서 중요한 역할을 한다. 어떤 물건이 기계적인 작용을 하는 곳에는 중요한 기능을 수행하는 한개 혹은 그 이상의 용수철이 어디엔가 들어 있을 가능성이 많다.

용수철의 기원

용수철과 같은 작용을 생물체 특히 풀, 식물과 나무 등에서 볼 수 있지만 인간이 만든 용수철이 관련되는 한 그것들을 인간이 구리와 철로 물건들을 만들기 시작한 아주 초기부터 사용되었을지 모른다. (창세 4:22) 초기 역사 시대(물론 ‘노아’ 홍수 전은 아니다)까지 소급되는 용수철이 ‘유럽’과 ‘아시아’ 전역에서 발견되었다. 일반적으로 이것들은 용수철 형태로 된 걸쇠같은 것인데 솜씨있는 기술자가 구리나 놋쇠를 망치로 두들겨서 만든 것이었다. 이들 옛날 사람들이 오늘날 안전핀을 사용하는 것처럼 옷을 매는 장치도 사용한 것으로 보인다.

인간은 초기에 용수철의 힘을 무기—활—에 사용하였다. 그 후에 돌이나 다른 것을 적들을 향해 발사하는 데 사용되는 거대한 투석기가 출현하였다. 이러한 기계들은 대단히 큰 것이었다. 나무 기둥이나 여러 가지 섬유와 재료로 된 끈이 받는 긴장 상태를 갑자기 제거하면 강렬한 힘으로 거대한 물건이 발사되어 적의 성채에 커다란 해를 주었다. ‘유대’인 역사가 ‘요세퍼스’는 ‘로마’인들이 ‘예루살렘’ 공략시 사용하였던 투석기에 관하여 묘사하였다. 그의 말에 의하면 그 투석기들이 무게가 한 ‘달란트’되는 돌을 2‘퍼롱’ 즉 1.4‘킬로미터’ 정도의 거리까지 발사할 수 있었다. (‘로마’ 시대에 사용된 희랍 ‘달란트’는 27.9‘킬로그램’의 무게였다.)

또한 성서에 의하면 ‘웃시야’ 왕(기원전 829-777년)이 기술자들에게 ‘예루살렘’의 방어를 위한 전쟁 무기를 고안하게 하였다. 이 무기들은 그 도시의 망대들로부터 화살과 커다란 돌들을 발사할 수 있었다. 어떠한 형태의 힘을 사용하였는지 언급되어 있지는 않다. 그러나 일종의 용수철 운동과 같은 것을 사용하였을 가능성이 많다. (어떤 투석기는 평행추를 사용하였다).—역대 하 26:15.

용수철의 운동을 사용하는 더 세련된 형태는 석궁의 발전과 함께 오게 되었다. 석궁은 용수철의 힘이 방아쇠와 같은 장치에 의해서 방출될 때까지 저장 혹은 보유하게 하였다.—참으로 파괴적인 무기였다.

시계의 용수철

시간을 알려는 인간의 욕망은 오늘날 우리가 알고 있는 용수철이 발전하게 하는 데 큰 역할을 하였다. 역사적인 증거는 다양하지만 기계적인 시계가 처음으로 선을 보인 것은 기원 1000년 직후로 믿어지며, 용수철이 아니라 추에 의하여 힘이 공급되었던 것으로 보인다. 이러한 시계들은 일반적으로 승정이나 교회의 탑에서 볼 수 있었다.

그러나 14세기 초에는 시계 제조자들이 시계의 동력 공급원으로 용수철을 사용하기 시작하였다. 초기의 이들 기술자들이 계속 용수철의 질과 설계를 개선한 결과 18세기에는 평평한 ‘코일’형 용수철이 벽시계와 작은 시계에 일반적으로 사용되었다. 시계의 정확성이 주로 사용되는 용수철의 질에 달려 있었기 때문에 이들 초기의 시계 제조자들은 종종 용수철 제조자가 되었다. 더 나은 용수철을 개발하려는 그들의 욕망 때문에 철을 제조하는 각종 방법을 시험하게 되었다. 결국 합금철이 개발되어 더 나은 용수철과 더 정확한 시계가 나오게 되었다.

용수철 재료

오늘날에는 용수철 제조업자가 사용할 수 있는 물질과 합금의 조합은 50여 가지가 넘는다고 추산되고 있다. ‘매트리스’에 사용되는 형태의 용수철을 만들어 낼 수 있는 잘 늘어나지 않는 철사는 별로 비싸지 않으며 그러한 용도에는 적절하다. 그러나 그 동일한 물질이 자동차 ‘엔진’의 ‘밸브’를 위한 용수철에 사용되지는 않는다. 보통 용수철을 그러한 곳에 사용하면 열과 강한 힘과 압력 때문에 이내 파괴될 것이다. 이 경우에 용수철 제조자는 그런 상태에서 견딜 수 있는 ‘오일템퍼드’ 합금선을 선택할 것이다. 섭씨 593도 정도의 높은 온도를 견딜 수 있는 용수철들도 있다. 현대적인 항공기와 우주선에는 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 용수철 제조용 합금이 필요하다.

전기 ‘모우터’와 오늘날 우리가 가정에서 사용하는 여러 가지 현대적인 전기 기구들의 도입으로 전기 전도체 역할을 하는 용수철이 필요하게 되었다. 이러한 목적을 위하여 인청동과 놋쇠선이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 이러한 구리를 기본으로 한 선은 대부분의 다른 재료들보다 원상 복귀력이 낮다. 그러한 용수철은 철사로 된 용수철만큼 강하지 못하다. 그러나 그러한 용수철은 전기의 양도체이기 때문에 전기 ‘스위치’나 ‘모우터’의 ‘브러쉬’에 압력을 가하는 데 자주 사용된다.

인간이 장차 만드는 기계에서 용수철이 중요한 역할을 할 것은 분명하다. 이제 당신이 차의 ‘액셀러레이터’의 ‘페달’을 밟을 때 ‘페달’을 제자리로 돌아가게 함으로써 목적지까지 안전하게 가게 하는 작은 용수철에 감사하라.