철도과학

기차에는 안전벨트가 없을까?

자동차를 타자마자 습관적으로 벨트를 당겨 ‘찰칵’ 소리를 확인한다. 비행기가 이륙을 준비할 때도 벨트를 매고 몸을 좌석에 단단히 고정한다. 하지만 시속 300km로 질주하는 KTX나 ITX-새마을호, 무궁화호에는 안전벨트가 없다. 세상에서 가장 빠르고 거대한 이동 수단 중 하나인 기차에 왜 벨트가 없는 걸까? 그 이면에는 우리가 미처 몰랐던 철도 과학의 원리가 숨어 있다.

참고. 한국철도기술연구원, 행정안전부

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체급부터 다르다

먼저 안전벨트를 매는 근원적인 이유부터 알아야 한다. 안전벨트는 장애물이 부딪혀 급정거할 때 몸이 관성에 의해 날아가는 것을 막아주는 장치다. 보통 1.5톤 내외인 자동차의 사고가 무서운 이유는 충돌하는 순간 속도가 순식간에 ‘0’으로 뚝 떨어지기 때문이다. 이때 사람은 시속 수십 km의 속도로 유리창을 향해 튕겨 나가게 된다.

하지만 기차는 체급부터 다르다. 설령 앞에 커다란 장애물이 나타나더라도 400톤에서 1,000톤에 이르는 기차는 그 엄청난 관성 덕분에 장애물을 밀어내며 계속 나아간다. 즉 충돌하더라도 속도가 아주 천천히 줄어든다. 승객으로서는 몸이 튕겨 나갈 정도의 급격한 충격 자체가 발생하기 어려운 환경인 셈이다. 여기에는 물리학의 기본인 뉴턴의 운동 제2법칙이 적용된다. 가속도는 질량에 반비례한다는 법칙. 무거울수록 속도를 올리기도, 멈추기도 힘이 든다. 기차는 이 거대한 무게 덕분에 외부 충격을 스스로 흡수해 버리는 든든한 방어막을 이미 갖추고 있다.

기차에 벨트가 있다면 오히려 위험하다

놀랍게도 기차에서 안전벨트는 오히려 독이 될 수 있다. 바로 2차 충돌의 위험성 때문이다. 사고가 났을 때 허리와 어깨가 묶여 있으면 고정되지 않은 머리와 목이 관성에 의해 채찍처럼 앞으로 세게 휘어지게 된다. 이때 머리가 앞좌석이나 테이블에 세게 부딪히면 안전벨트를 매지 않았을 때보다 목뼈를 훨씬 더 크게 다칠 수 있다. 그래서 몸 전체가 부드럽게 앞으로 미끄러지도록 주변 환경을 설계했다. 기차 좌석의 등받이가 높고 푹신한 이유는 사고 시 의자 자체가 승객을 포근하게 받아주는 거대한 에어백 역할을 하기 위해서다.

또한 기차는 사고 시 기차 칸 자체가 찌그러지거나 모양이 변하는 ‘압축 붕괴’가 일어날 수 있다. 이때 몸이 좌석에 꽁꽁 묶여 있으면 변형되는 차체 사이에서 몸을 피하거나 빠져나오기가 훨씬 힘들어진다. 화재나 침수 같은 비상 상황에서도 수백 명의 승객이 한꺼번에 안전벨트와 사투를 벌이는 것보다 빠르게 넓은 공간으로 대피할 수 있는 탈출의 유연성을 확보하는 것이 생존에 훨씬 유리하다.

그렇다면 왜 비행기에는?

기차만큼 크고 빠른 비행기는 왜 여전히 벨트 착용을 강조할까? 그 이유는 움직임의 차원과 사고의 성격이 완전히 다르기 때문이다. 기차는 레일 위라는 정해진 궤도를 따라 앞뒤 혹은 좌우(2차원)로만 움직인다. 하지만 비행기는 위아래로 출렁이는 3차원 공간을 비행한다. 예고 없이 찾아오는 난기류는 기체를 수 미터씩 급격히 하강시킨다. 이때 안전벨트가 없다면 승객은 관성에 의해 천장으로 솟구쳐 오르게 된다. 비행기 안전벨트는 충돌만큼이나 급격한 수직 이동으로부터 승객을 보호하기 위한 필수 장치다.

또한 비행기는 이륙을 위해 엄청난 속도로 올리고, 착륙 시에는 반대로 강렬한 제동을 건다. 기차의 완만한 가속과는 차원이 다른 강력한 힘으로부터 신체를 안정적으로 고정하기 위해 안전벨트가 반드시 있어야 한다.