엘리베이터는 왜 떨어지지 않을까: 평형추와 비상 정지 장치의 원리
엘리베이터를 타면 한 번쯤 이런 생각이 듭니다. "줄이 끊어지면 어떻게 되지?" 영화에서는 엘리베이터가 끝없이 떨어지곤 합니다. 하지만 실제 엘리베이터는 줄 하나에 매달린 상자가 아닙니다. 무게를 맞추는 장치와 떨어지지 않게 붙잡는 장치가 함께 들어 있습니다.
- 엘리베이터 반대편에는 평형추가 매달려 있어 모터가 들어 올릴 무게를 크게 줄입니다.
- 평형추는 모터의 부담을 덜어 주는 장치이고, 떨어지지 않게 하는 일은 따로 있는 안전장치가 맡습니다. 너무 빨리 내려가면 조속기가 알아채고 비상 정지 장치가 레일을 붙잡아 멈춥니다. 레일을 붙잡는 생각은 1854년 오티스가 처음 공개했습니다.
- 갇혔을 때는 비상 버튼이나 인터폰으로 알리고, 문을 억지로 열지 않는 것이 가장 안전합니다.
시소처럼 무게를 맞춥니다
요즘 건물에 많이 쓰는 견인식 엘리베이터는 강철 줄(와이어로프)을 홈이 깊게 파인 바퀴(도르래) 위에 걸고, 줄과 바퀴 사이의 마찰로 움직입니다. 줄의 한쪽 끝에는 사람이 타는 칸(카)이, 다른 쪽 끝에는 무거운 평형추가 달려 있습니다.
위키백과의 엘리베이터 항목은 평형추의 무게가 보통 칸의 무게에 정원 무게의 40~50%를 더한 값이라고 설명합니다. 예를 들어 칸이 1,000kg이고 정원 무게가 1,000kg이라면 평형추는 1,400~1,500kg입니다(설명을 위해 고른 값과 계산값).
평형추가 없다면 모터는 꽉 찬 칸 전체, 곧 2,000kg을 들어 올려야 합니다. 평형추가 있으면 모터가 감당할 무게는 두 쪽의 차이뿐입니다. 빈 칸일 때는 평형추 쪽이 400~500kg 무겁고, 꽉 찬 칸일 때는 칸 쪽이 500~600kg 무겁습니다(계산값). 시소의 양쪽에 비슷한 무게를 올리면 살짝만 밀어도 움직이는 것과 같은 원리입니다.
줄이 하나가 아닙니다
엘리베이터를 매단 강철 줄은 보통 여러 가닥입니다. 위키백과 항목은 줄의 수가 줄의 세기보다 마찰에 필요한 힘에 따라 정해지는 경우가 많다고 설명합니다. 여러 가닥이 함께 무게를 나눠 지기 때문에 줄 하나에 모든 것이 걸려 있는 구조가 아닙니다.
떨어지려 하면 레일을 붙잡습니다
엘리베이터 안전의 출발점은 1854년입니다. 오티스(Otis)의 역사 자료에 따르면, 엘리샤 오티스는 그해 뉴욕 박람회에서 사람이 탄 승강대를 높이 올린 뒤 줄을 끊게 했습니다. 승강대는 몇 센티미터 내려가다가 안전 브레이크에 곧바로 멈췄습니다.
오늘날의 장치는 구조가 훨씬 발전했지만, 레일을 붙잡는다는 생각은 이어받았습니다. 칸이 정해진 속도보다 빨리 내려가면 속도를 감시하는 장치(조속기)가 이를 알아채고, 칸에 달린 비상 정지 장치가 승강로의 레일을 꽉 붙잡아 칸을 세웁니다. 승강로 바닥에는 충격을 줄이는 완충기도 있습니다.
문에도 안전장치가 있습니다. 위키백과 항목은 각 층의 문이 잠겨 있어 사람이 승강로에 잘못 들어가는 것을 막고, 칸이 도착했을 때 칸 위의 장치가 문을 열어 준다고 설명합니다. 모든 문이 닫혀야 엘리베이터가 움직이도록 연결된 것도 같은 이유입니다.
원리에서 나오는 실천
- 비상 버튼과 인터폰으로 알리기: 오티스의 안전 안내는 비상 버튼을 누르고, 인터폰이나 전화가 있으면 도움을 요청하라고 합니다.
- 문을 억지로 열지 않기: 같은 안내는 문을 강제로 열거나 밖으로 나가려 하지 말라고 강조합니다. 칸이 층 사이에 있을 때 문을 열고 나가는 것이 가장 위험합니다.
- 침착하게 기다리기: 오티스 안내는 엘리베이터 안이 안전하고 공기도 충분하니 구조를 기다리라고 말합니다.
- 문이 열리지 않으면: 먼저 문 열림 버튼을 눌러 보고, 그래도 열리지 않으면 비상 버튼이나 인터폰을 씁니다.
정리
엘리베이터가 줄 하나에 아슬아슬하게 매달려 있다는 생각은 사실과 다릅니다. 평형추가 무게를 맞추고, 여러 가닥의 줄이 함께 버티고, 너무 빨라지면 레일을 붙잡는 장치가 겹겹이 지키고 있습니다. 그래서 갇혔을 때 가장 안전한 곳은 엘리베이터 안입니다. 억지로 빠져나오기보다 알리고 기다리는 것이 원리에 맞는 행동입니다.
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