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편리한 이동 수단 ‘엘리베이터의 원리’

  • 2015.11.23.
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“정원이 초과되었습니다”

이 소리는 작은 공간에 많은 사람들이 탓을 때 나는 소리인데요. 알아맞히셨나요?
바로 엘리베이터에서 정원 초과가 발생하면 나는 소리입니다.

엘리베이터를 사수하기 위해 달리고 만 원인 엘리베이터를 타기 위해 꾸역꾸역 자신의 몸을 끼워 넣는 사람들까지 우리는 지하철이나 아파트, 마트에서 계단보다 엘리베이터를 더 선호합니다.

계단은 원하는 장소를 가기 위해 일일이 걸어가야 하는 고생을 해야 하지만 엘리베이터는 버튼 하나만 누르면 한 번에 원하는 장소로 이동시켜주기 때문인데요.

이렇게 편리한 엘리베이터가 없었던 그 시대에는 어떻게 생활했을지 상상이 되시나요?

오늘은 엘리베이터의 역사와 원리에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

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◆ 엘리베이터의 역사

엘리베이터는 승강기라고도 부르며 건물의 층과 층 사이로 사람들을 이동시켜주는 것을 말합니다.
엘리베이터는 도르래의 원리에서부터 시작하게 되는데요.

고대 그리스 시대의 수학자 아르키메데스가 처음 개발한 도르래는 깊은 우물에서 물을 먹기 위해 사용했던 두레박에서 엘리베이터로 발전하게 되었습니다.

지금으로부터 약 200년 전, 나폴레옹이 살고 있는 왕궁에서도 엘리베이터와 비슷한 장치가 있었는데, 이것은 도르래를 이용하여 의자를 밧줄에 매달아 여왕을 위아래 층으로 이동시키는데 사용했다고 합니다. 하지만 밧줄만을 이용한 단순한 구조로 인해 밧줄이 끊어지게 되면 크게 다칠 위험이 있었습니다.

지금의 장치 구조와 비슷한 엘리베이터가 등장한 것은 19세기 엘리샤 오티스에 의해서였습니다.

오티스는 밧줄이 끊어져도 추락하지 않도록 철로 만든 두 개의 톱니바퀴가 제어 역할을 해주는 안전장치를 개발하여 지금까지 오티스 이름의 엘리베이터는 전 세계적으로 인정받는 엘리베이터 회사가 되었습니다.

하지만 이에 그치지 않고 엘리베이터를 좀 더 안전하게 이용할 수 있는 방법에 대한 사람들의 고민은 계속되었고 수력과 수압을 이용한 형태에서 지금과 같은 형태의 전동기에 의한 엘리베이터까지 나올 수 있었다고 합니다.

이렇듯 우리나라에서도 1910년 조선은행에 처음으로 설치된 것을 시작으로 100년이 흐른 지금, 모두가 이용할 수 있도록 보편화 되게 된 것입니다.

 

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◆ 도르래의 원리를 이용하다?

하루에도 수백, 수천 명의 사람들을 들어 올리는 엘리베이터!
어떤 원리로 작동되는 것일까요?

물리학자들은 “물건을 직접 들어 올리는 것보다 당기는 것이 힘이 적게 든다”라고 말합니다.

엘리베이터 또한 ‘밧줄의 다른 한쪽을 잡아당기면 당긴 만큼 물체가 들리는 원리’를 이용하여 작동되는 것 중 하나입니다. 도르래, 케이블, 승강기, 평형추로 구성된 엘리베이터는 가장 위에 달린 전기모터가 도르래를 돌려서 위아래로 작동하게 되는 것이죠.

좀 더 자세히 살펴보면, 엘리베이터의 가장 위의 고정도르래에는 쇠로 만든 두꺼운 줄이 연결되어 있는데요. 이 쇠줄의 한 쪽에는 사람과 화물이 탈 수 있는 A 공간, 반대편 한 쪽에는 A 공간의 무게와 같거나 약 1.5배의 무게의 평형추가 연결되어 있다고 합니다.

이것을 전동기가 쇠줄을 풀고 감는 것을 반복하면서 움직이게 되고 평형추는 반대편에 위치하고 있기 때문에 전동기의 부하를 줄여주는 역할을 하면서 엘리베이터는 작동되는 것입니다.

또한 평형추의 무게는 보통 엘리베이터 최대 정원의 40~50% 정도이며 쇠줄의 장력은 최대 정원 무게의 2배 이상으로 설계가 된다고 합니다.

쉽게 말해 우리가 타고 있는 엘리베이터 다른 쪽 끝에는 최대 정원의 40~50%의 무게를 가진 평형추가 달려 있어 균형을 맞추기 때문에 엘리베이터를 움직일 때의 전동기는 승객을 움직일 수 있는 정도의 힘만 가지고 있다면 작동되는 것입니다.

 

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◆ 지구상의 독특한 ‘엘리베이터’

 

1. 독일 ‘아쿠아 돔’

독일 베를린에 위치한 ‘아쿠아 돔’은 56종의 암초와 1,500여 종의 열대가 살고 있는 세계 최대 규모의 원통형 수족관입니다.

하지만 이곳은 일반 수족관과 달리 가운데 엘리베이터가 있어 이 엘리베이터를 타고 전망대로 올라가면 마치 자신이 바닷속에 있는 듯한 기분을 느낄 수 있다고 합니다.

 

2. 뉴질랜드 ‘스카이 타워’

높이 328m로 남반구에서 가장 높은 건물 ‘스카이 타워’입니다.

이 엘리베이터는 지하 갤러리에서 40초 만에 정상까지 올라갈 정도로 속도가 빠르고 바닥이 투명 유리로 되어있어 짜릿함을 느끼실 수 있습니다.

 

3. 영국 ‘로이즈 빌딩’

죽기 전에 꼭 봐야 하는 건축으로 뽑히는 영국의 ‘로이즈 빌딩’은 보통 건물 안쪽에서 보이는 부분을 바깥에서 보이도록 건축하여 마치 건물을 뒤집어 놓은 것 같은 빌딩입니다.

이 빌딩 안의 엘리베이터는 유리로 되어있어 밖에 있는 사람들이 엘리베이터 안에 누가 타고 있는지 알 수 있으며 타고 있는 동안 밖의 템스강과 세인트폴 성당을 감상할 수 있어 독특하고 멋진 경험을 할 수 있다고 합니다.

 

4. 중국 ‘장가계’

원시의 생태계가 그대로 보존되어있는 듯한 장가계는 하산하기 위해 ‘백룡 엘리베이터’를 타고 내려와야 한다고 합니다.

이 엘리베이터는 속도도 빠르며 절벽 속을 통과해 올라가는 구간과 아찔한 풍경 구간으로 나누어져 일석이조의 재미를 느낄 수 있습니다.

 

엘리베이터의 발전과 더불어 이제는 세계 곳곳에 스릴 있는 엘리베이터부터 독특한 엘리베이터까지 다양한 엘리베이터들이 자리 잡기 시작했습니다. 앞으로는 우주로 가는 엘리베이터까지 계획되어 있다고 하는데요. 도르래에서 영감을 얻어 만들어진 엘리베이터!

앞으로 엘리베이터가 어디까지 발전될지 궁금해지는데요. 다음 시간에도 재미있는 우리 주변에서 찾을 수 있는 원리 이야기로 돌아오도록 하겠습니다.

 

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