신문은 선생님

최근 일본 도쿄돔에서 열린 국가별 야구 대항전 '프리미어12'에서 한국이 일본·미국 등을 이기고 우승을 차지해 많은 사람이 감동했어요. 지난 16일 서울 구로구 고척스카이돔에서는 청룡기 고교야구선수권대회에서 우승한 대구 상원고의 재학생·동문 200여 명의 환호성이 울렸고요. 올해 9월 개장한 고척돔은 우리나라 최초의 돔구장이에요. 그런데 왜 이제야 돔구장을 만든 것일까요?

가장 큰 이유는 '만들기 어렵다'는 데 있어요. 여러분, 컵이나 밥그릇을 덮기 위해서는 얇은 종이 한 장으로 충분하겠죠? 하지만 냄비나 프라이팬같이 입구가 넓은 용기는 어떨까요? 아무리 넓은 종이라도 덮어놓으면 가운데 부분이 움푹 가라앉아서 안에 있는 음식에 닿는 일이 발생하겠죠? 동전 하나만 올려놓아도 바로 가라앉고요.

건축물에 지붕을 씌울 때도 이와 같은 현상이 일어나요. 비교적 좁은 건물에 지붕을 씌울 때는 좁고 얇은 재료만으로 충분히 지붕을 만들 수 있지만 지붕을 씌울 면적이 넓어지면 넓어질수록 가운데 부분에 무게가 실려서 재료가 아무리 튼튼해도 아래로 휘어지거나 무너질 확률이 높아지지요. 그래서 지붕을 받칠 여러 개의 기둥을 세워요. 야구경기장 같은 큰 건축물에 지붕을 덮으려면 기둥을 수십 개, 수백 개는 세워야 하겠지요? 하지만 그렇게 되면 선수들은 기둥과 부딪히지 않기 위해 이리저리 피해 다녀야 하니 제대로 경기를 치를 수 없을 거예요. 고척돔이 특별한 이유는 바로 여기에 있어요. 기둥 없이 거대한 공간에 지붕을 씌웠다는 점이지요. 그리고 그 비밀은 '돔 구조'에 있어요.

여기서 돔(Dome)이란 구(球)를 반으로 자른 둥근 형태의 지붕이나 천장을 의미해요. 돔 구조를 이해하려면 먼저 '아치 구조'를 알아야 해요.

아치란 위로 휘어진 곡선, 즉 엎어놓은 그릇의 절단면이라고 생각하면 쉬워요. 색종이를 ∩모양으로 놓은 뒤 동전을 올려보면 꽤 많은 동전을 올릴 수 있어요. 아치 구조가 누르는 힘을 분산시키기 때문이에요. 만약 300㎏의 무게까지 견딜 수 있는 휴대폰을 1000㎏ 무게의 승용차가 밟고 지나갔다면 휴대폰은 망가질까요? 그렇지 않아요. 승용차의 바퀴는 보통 4개이기 때문에 무게는 땅에 닿는 네 부분으로 분산되어 바퀴 하나에는 각각 250㎏ 정도의 무게가 실리기 때문이지요. 아치 구조는 위에서 누르면 그 힘이 양옆으로 전해지며 구조물 전체로 골고루 분산돼요. 즉, 어느 한 지점에 무게가 집중되지 않기 때문에 구조물의 강도를 최대한 활용할 수 있는 거예요. 우리 몸에서도 아치 구조를 발견할 수 있어요. 발바닥을 만져보면 안쪽이 움푹 들어간 아치 형태인 것을 알 수 있지요? 만약 발뼈가 아치 형태가 아니었다면 몸 전체의 무게가 특정한 부위에 집중되어 쉽게 피곤해지고 다치게 될 거예요. 실제로 발바닥이 평발인 사람은 다른 사람보다 쉽게 피로를 느끼게 된답니다.

돔은 아치 구조가 여러 방향으로 더해진 구조예요. 돔 구조의 튼튼함은 달걀 실험으로 알 수 있죠. 달걀은 작은 충격에도 쉽게 깨지지만 의외로 누르는 힘에는 굉장히 강해요. 여러 개의 달걀 위에 판자를 올려놓으면 그 위에 사람이 올라설 수도 있답니다. 얇고 가벼운 껍질이 이렇게 강한 이유도 바로 돔 구조가 힘을 분산시키기 때문이지요.

돔은 위에서 누르는 힘, 옆에서 미는 힘에 모두 강해요. 음료수 캔의 밑면도 안쪽으로 움푹 들어간 돔 형태를 하고 있어요. 탄산이 든 음료수는 흔들림이나 온도 상승으로 내부의 압력이 높아져 바닥 부분이 부풀 수 있으므로 그 압력을 견딜 수 있도록 바닥 면을 돔 구조로 만든 거랍니다.

돔 구조는 최소한의 재료로 최대한의 공간을 만들 수 있는 장점도 있어요. 같은 길이의 실로 원과 삼각형, 사각형 등을 만들어 보면 다른 도형에 비해 원일 때가 가장 큰 넓이를 갖는다는 것을 알 수 있어요. 그러니 많은 사람이 들어갈 넓은 공간이 필요한 스포츠 경기장의 지붕에는 돔 구조가 최적이라 할 수 있겠지요?

고척돔을 잘 관찰하면 삼각형 형태의 철골이 얽혀 있는 것도 발견할 수 있어요. 삼각형은 도형 중에 가장 안정된 도형이에요. 나무젓가락을 고무줄로 묶어 사각형 형태로 만들면 눌렀을 때 형태가 쉽게 변하지만 삼각형으로 만들면 세게 눌러도 잘 변하지 않아요. 철골을 삼각형으로 연결해 튼튼하게 만든 구조를 '트러스 구조'라고 한답니다.

고척돔에 단점이 없는 것은 아니에요. 낮 동안 돔 천장에 햇빛이 투과되면서 야구공이 선수들 시야에서 사라진다는 지적이 있었어요. 좌석이 30개씩이나 붙어 있는 곳도 있어 한 명이 화장실에 가려면 수십 명이 일어서야 하는 단점도 있어요. 오랜 시간 경기하는 야구나 공연 시간이 긴 콘서트를 보러 고척돔을 찾은 사람들 입장에서는 매우 불편하지요. 앞으로는 고척돔의 단점을 개선하는 기술도 곧 나오겠죠?