위도와 노트(knot) 의 의미

자전거 속도계는 자전거 스포크에 자석을 고정하고, 포크에 자기 센서를 부착해, 바퀴가 회전할 때 자석이 같이 회전하면서 자기 센서를 스쳐 지나갈 때 자기 센서에서 발생하는 전기 신호 수를 계산해 측정한다.

자동차 속도계도 비슷한 원리이다.


비행기는 바퀴로 날아가는 것이 아니므로 다른 방식으로 속도를 측정한다.

비행기 옆에는 Pitot tube라는 관의 일부가 튀어나와 있는 걸 볼 수 있다. 이걸로 속도를 측정한다. 원리는 간단하다.

피토 관은 비행기의 정면을 향해 열려있는데, 이리로 들어오는 공기의 압력을 잰다. 비행 중에는 대기압과 비행 중 밀려들어오는 공기압이 모두 측정된다. 이 압력에서 대기압을 빼면 밀려들어오는 공기압을 알 수 있다.

이 압력은 속도에 따라 달라지기 때문에 dynamic pressure이다. 이 압력 변화를 이용해 속도를 잰다.

물론, 이건 모두 과거의 방식이다.

지금은 GPS를 이용해 속도를 잰다. 자전거, 자동차도 GSP를 이용해 속도를 잴 수 있다. 물론 부가장비가 필요하다.

배의 경우는 어떨까?

과거에는 48 피트 (14.6미터) 마다 매듭을 지은 밧줄 끝에 부이나 나무토막을 매달아 밧줄이 바다에 떠 있을 수 있게 한 후, 28초를 잴 수 있는 모래시계를 이용했다.

나무토막을 바다에 던지고, 모래시계의 모래가 다 쏟아질 때까지 밧줄을 풀고, 매듭의 갯수를 계산해 배의 속도를 쟀다.

28초 동안 풀린 노트의 수가 바로 이 배의 노트(nm) 속도이다. 이런 식의 측정 방법은 꽤나 정확해서 오차 범위는 1.5% 미만이다.

이렇게 매듭, 즉, 노트(knot)를 이용해 속도를 재서 지금도 배의 속도 단위는 노트이다.

현재 1 노트의 속도는 한 시간동안 1 해리를 가는 속도이다.

그럼 해리(nm, nautical mile)은 얼마나 되는 거리일까?

우선, 위도(latitude)와 경도(longitude)의 개념을 이해하자.

지구를 원이라고 간주할 때(지구는 사실 정확한 원이 아니다. 감자와 비슷하다), 지구의 중심축을 기준으로 남극에서 북극을 거쳐 다시 남극까지 360도로 분할할 수 있다. 이걸 위도(latitude)라고 한다. 즉, 적도를 중심으로 북극점까지 90도, 남극점까지 90도, 도합 180도의 위도를 갖는다.

또, 남북극을 잇는 선을 360도로 회전하며 분할할 수 있다. 이를 경도(longitude)라고 한다. 경도 0도의 기준점은 영국 그리니치 천문대이다.

즉, 북극에서 남극으로 이어지는 선 중 그리니치 천문대를 지나가는 가상의 선을 prime meridian 이라고 하고, 이를 경도 0도라고 부른다. 그리니치 천문대를 기준으로 동쪽으로 지나가는 경선을 동경이라고 하고, 서쪽을 서경이라고 한다.

지도를 펼쳐 유라시아 대륙을 보면, 그리니치 천문대는 서쪽 끝이고, 우리나라는 동쪽 끝이다. 그래서 우리나라와 일본을 극동 아시아라고 하고, 필리핀, 베트남, 대만 등을 동남 아시아라 하며, 이들과 중국 등을 포함해 동양(eastern)이라고 부르며, 자신을 서양(western)이라고 부른다. 또, 유라시아 대륙의 중앙에 위치한 사막 국가들을 중동(middle east)라고 부른다.

위도의 간격은 일정한 반면, 경도의 간격은 위도에 따라 달라진다.

적도에서의 경도의 간격은 위도와 같지만, 극지방으로 갈수록 즉, 위도가 높아질수록 경도 간격은 좁아지게 된다.

그럼, 위도 1도의 거리는 얼마나 될까?

지구의 반지름은 6,400 km 이므로 둘레의 거리는 2 * π * 6,400 km 이다. 즉, 40,192 km 가량이다.

이걸 360도로 나누었으므로, 1도의 거리는 111.64 km 라는 걸 알 수 있다.

1 해리는 1/60 도 이므로, 1,860 미터에 해당한다.

1노트는 한 시간에 1 해리를 가는 속도(nm/hr)이므로, 1,860 미터를 가는 속도가 1 노트이다.

그럼, 바다 위를 항해하는 배의 속도는 얼마나 될까?

배는 기본적으로 물의 저항을 이겨내며 가야하기 때문에, 속도가 빠르지 않다.

또, 경제성을 고려해 일부러 속도를 내지 않는다.

바람을 동력으로 하는 요트를 제외한 대부분의 배들이 석유 등 연료를 사용하는데, 속도가 빠를수록 저항은 커지고, 연료소비량은 속력의 세제곱에 비례하여 늘어나기 때문에, 속도를 두배 내면, 연료 소비량은 두배 느는 것이 아니라 8배 늘어나게 되기 때문이다.

통상,

풍력을 이용하는 요트는 5~10 노트 (시속 10~18 km)
탱커와 같은 원유운반선의 속도는 15 노트 내외 (시속 25 km)
LNG 선은 20 노트 내외 (시속 37 km)
컨테이너 선 등은 25 노트 내외 (시속 45 km) 로 느린 편이다.

다만, 물 위로 떠가는 위그선(WIG. Wing in Ground Effect Ship)은 100~300 노트 (시속 180~560 km) 로 매우 빠르지만, 아직 실용화 단계에 있다고 할 수 없다.

노트의 단위는 해도를 펼쳐 놓고 자신의 위치에서 목적하는 위치로 가는 시간을 계산할 때 편하다.

만일 자신의 배가 5 노트로 항해하고 있고, 이동해야 할 거리가 위도 2도 거리에 있다면, 위도 2도는 120분이며, 5노트는 시간당 5분의 거리를 가는 속도이므로, 목적지까지 가는 시간은 120/5 = 24 시간 즉, 꼬박 하루를 가야한다는 것이다.

물론 요즘은 거의 모든 배에 GPS와 전자 차트가 설치되어 있어 굳이 이런 식으로 계산하지 않아도 쉽게 알 수 있다.



2018년 12월 21일