모기는 빗방울 맞아도 적은 무게 때문에 죽지않고 빗속을 날 수 있다

여름이면 더위와 함께 장마와 모기가 사람들을 괴롭힙니다. 그런데 비가 쏟아지는 날이면 모기는 다 죽거나 아니면 적어도 날아다니지는 못하리라 생각하기 쉽습니다. 워낙 빗방울의 크기와 무게가 있기에 사람이 맞아도 감촉이 있는데 작은 생명체가 견디지 못할거라는 생각입니다. 그런데 실제로는 빗속을 뚫고 날아다니며 사람을 괴롭힙니다.

모기에게 있어서 빗방울은 아주 커다란 물체입니다. 자신의 몸과 비교하면 최대 50배나 되는 큰 물체입니다. 만약 비를 맞는 대상이 인간이라면 대형 버스에 부짇치는 것과 동등한 수준의 충격을 받게 됩니다. 그런데 이렇게 상대적으로 매우 무거운 물체가 계속 떨어지는 상황에서도 모기는 죽지도 않으며 날 수 있을까요? 이에 대해 실험으로 원인을 밝힌 연구가 있습니다.

모기가 비 내리는 공간을 비행하면 25초에 1번 정도 빗방울이 부딪칠 가능성이 있습니다. 이렇게 되면 자기 부피의 50배나 되는 빗방울이 초속 9미터 즉 시속 32.4킬로미터의 속도로 떨어져 맞추게 됩니다. 이런 상황을 이해하기 쉽게 비교하면, 인간이 버스에 치어 죽는 대형 교통사고에 해당합니다. 따라서 정상적인 충격량이 전달되면 모기도 죽게 됩니다.

그런데 왜 빗속에서도 모기가 죽지 않는을까요? 이러한 의문을 해결하기 위해, 조지아 공과대학교의 연구팀은 매초 4000~6000 프레임을 찍을 수 있는 초고속 카메라를 사용하여 실험하였습니다. 비가 내리는 상황을 재현해 놓고 모기의 행동을 관찰하였습니다. 이를 통해 생존 메커니즘에 대하여 조사하였습니다.

모기는 빗방울 맞아도 죽지않고 빗속을 날 수 있다

연구결과는 아래의 동영상으로 확인할 수 있습니다.

(1) 먼저 소수성 표면특성 때문입니다. 곤충은 날개에 미세한 털이 있고 물을 튀겨내는 성질의 몸을 가지고 있습니다. 이를 '소수성' 표면이라고 합니다. 반대의 경우를 친수성이라고 합니다. 따라서 물이 강하게 때려도 달라붙지 않고 튕겨져 나갑니다. 낮은 속도의 물방울이라면 간단히 튕겨져 버립니다.

그러면 높은 속도와 무거운 물을 맞는 경우에 대해서 알아봅니다. 빗속에서는 2가지 유형의 충돌이 있습니다. 첫째는 물방울이 닿으면 곤충이 회전하는 타입의 충돌입니다. 다른 하나는 곤충을 아래 방향으로 낙하시키는 형태입니다. 어떤 유형의 충돌에도 모기는 재빨리 자세를 되찾아 비행을 계속할 수 있습니다.

좁은 공간에 모기를 가두고 물방울을 떨어뜨리면서 초고속 카메라로 촬영하였습니다. 공중에서 충돌할 때의 충격은 어떻게 될까요? 새의 깃털의 경우에는 빗방울은 충격으로 인해 사방으로 흩어져 버립니다.

적은 무게 때문에 운동량이 전달되지 않는다

(2) 그러나 몸무게가 가벼운 모기의 경우, 충격을 받더라도 운동량은 거의 전달되지 않습니다. 모기가 부딪치는 것을 재현하기 위해 매우 가벼운 스티로폼을 모기 대신에 사용하여 실험하였습니다. 운동량의 변화가 작기에 물방울은 비산하지 않았습니다.

물방울의 질량에 비하여 모기의 질량이 너무 작기에 충돌하여도 떨어지는 속도는 크게 변화가 없습니다. 충격으로 튕겨가지 않고 서로 합쳐져서 같이 내려갑니다. 너무 가벼운 물체를 접촉하게 되면 큰 힘은 전해지지 않으며 물방울의 변형도 없습니다.

(3) 또한 모기를 포함한 곤충은 강한 외골격을 가지고 있어 물방울의 충돌에도 몸이 변형되지 않고 견딜 수 있습니다. 그러면서 수십 ms의 짧은 시간 안에 물방울을 피하게 됩니다. 운동량의 큰 변화 없이 짧은 시간 내에 물방울을 지나가게 하여 빗속에서 계속 날아다닐 수 있습니다.