뼈와 강철중에서 뭐가 더 단단할까

뼈와 강철중에서 뭐가 더 단단할까

 

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뼈 vs 강철 뭐가 더 강할까

 

뼈에 대해 생각해 본 적 있나요

우리 몸에는 206개의 뼈가 있습니다
뼈는 몸을 지탱하고 근육이 움직이는 데 도움을 주고
장기를 보호하는 역할을 합니다

 

그래서 뼈는 굉장히 단단해야 하는데
칼슘, 인산 같은 무기질 성분이
뼈를 단단하게 만들어 무게를 견딜 수 있게 해주고
콜라겐 같은 유기질 성분이
뼈에 탄성을 줘 압력을 잘 견딜 수 있게 해줍니다

하지만 뼈는 의외로 쉽게 부러지기도 합니다
어딘가에 부딪혔을 때
무거운 물건을 떨어트렸을 때
뼈에 금이 가거나 부러지곤 하죠

일부의 사람들은 뼈가 강철보다 단단하다고 말하는데
도대체 뼈는 얼마나 단단한 것일까요

어떤 물체를 잡아당겼을 때
어느 정도의 힘까지 버틸 수 있느냐를 나타낸 것을
인장 강도라고 하고 단위는 MPa을 사용합니다

우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 플라스틱인
페트병에 주로 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트
다른 말로 PET의 인장 강도는 55MPa 정도 됩니다

골반과 무릎 사이에 위치한 대퇴골, 다른 말로 넙다리뼈는
두개골과 함께 인간의 뼈 중에서 가장 단단한 것으로 알려져 있는데

대퇴골의 인장 강도는 120MPa 정도 된다고 합니다

플라스틱보다 두 배 이상 단단하다고 할 수 있죠

건물을 짓는데 주로 사용하는 콘크리트의 인장 강도는
3MPa 밖에 안되고

강철의 인장 강도는 어떤 강철이냐에 따라 다르지만
1000MPa이 넘어가기도 합니다

즉 잡아당기는 힘만 놓고 봤을 땐
뼈는 강철보단 약하지만
콘크리트나 플라스틱보단 훨씬 단단하다는 걸 알 수 있습니다

어떤 물체를 눌렀을 때
어느 정도의 힘까지 버틸 수 있느냐를 나타낸 것을
압축 강도라고 하고 단위는 MPa을 사용합니다

PET의 압축 강도는 80MPa 정도
초고층 빌딩에 사용되는 콘크리트의 압축 강도는 80MPa 이상
강철의 압축 강도는 1500~2000MPa 정도 됩니다

대퇴골의 압축 강도는 200MPa 정도로

누르는 힘만 놓고 봤을 때도
역시 뼈는 강철보단 약하지만
콘크리트나 플라스틱보단 훨씬 단단하다는 걸 알 수 있습니다

어떤 물체에 변형을 가했을 때
휘어지는 정도를 나타낸 것을
탄성 계수라고 하고 단위는 GPa을 사용합니다

숫자가 낮을수록 더 쉽게 휘어진다는 뜻으로
PET의 탄성 계수는 2GPa 정도
콘크리트의 탄성 계수는 50GPa 정도
강철의 탄성 계수는 200GPa 정도 됩니다

대퇴골의 탄성 계수는 15GPa 정도로

휘어지는 정도만 놓고 봤을 땐
뼈는 플라스틱보단 단단하지만
콘크리트나 강철보단 쉽게 휘어진다는 것을 알 수 있습니다

어떤 물체가 얼마나 단단한지 측정하는데
이것 이외에 여러 가지 요소가 필요하지만
일단 이 수치만 보더라도
뼈는 강철만큼은 아니지만 제법 단단하다는 것을 알 수 있습니다

그럼에도 뼈가 생각보다 쉽게 부러지는 이유는
뼈 내부가 빽빽하게 채워져 있지 않기 때문
밀도가 낮기 때문입니다

실제로 뼈 내부의 모습을 보면
구멍이 송송송 뚫려 있는 것을 볼 수 있죠

강철의 밀도를 10이라고 한다면
콘크리트의 밀도는 4 정도
플라스틱의 밀도는 1 정도 되고
대퇴골의 밀도는 3 정도 됩니다

같은 부피일 때 뼈는 플라스틱보다 무겁지만
강철이나 콘크리트보다 훨씬 가볍기 때문에
다시 말해 내부가 비어있기 때문에
쉽게 부러지는 것입니다

게다가 대퇴골은 수평으로 가해지는 힘에는 강하지만
수직으로 가해지는 힘에는 약합니다

무언가 부딪히는 경우 수평이 아닌 수직으로 부딪히기 때문에
쉽게 부러지는 것이죠

분필의 양 끝을 누르고 부수려고 하면 잘 안되지만
수직으로 힘을 줘서 부수려고 하면 잘 부서지는 것과 같은 이유입니다

만약 뼈의 내부가 빽빽하게 채워져 있다면
강철만큼의 효율을 보여줄지도 모릅니다

뼈가 강철보다 강하다고 말하는 건
같은 무게일 때를 말하는 것으로
물론 약간 과장된 이야기니 재미로 생각하시면 됩니다

뼈에 구멍이 있는 이유는 뼈의 무게를 줄이기 위함입니다
만약 내부가 빽빽하게 채워져 밀도가 높다면
뼈의 무게가 무거워질 것이고
우리가 움직이는데 더 큰 힘이 필요하게 되겠죠

또 약간의 탄성을 줘 충격을 흡수하고
피를 만들고 방출해야 하기 때문에
뼈에는 구멍이 있는 것입니다

뼈는 단단함 정도로만 따지면 강철을 이길 수 없지만
무게 대비 효율성은 강철과 비빌 수 있을 만큼의
놀라운 능력을 가지고 있습니다

그래서 과거에는 실제로 뼈를 이용해
무기나 갑옷을 만들어 사용했습니다