개미나 쥐는 벽을 타지만 고양이 등 더 큰 동물들은 벽을 못 타는 이유가 무엇인가요?
개미는 벽을 수직으로 오르는 것에 전혀 제약이 없어 보이고 쥐도 벽을 예상보다도 더 높이 오른다고 하네요. 그런데 왜 고양이 등의 더 큰 동물들은 벽을 잘 못 오르는 것인지 어떤 차이가 있을까요? 근력의 차이는 아닌 것 같은데 궁금합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
결국 그 동물의 몸무게와 다리의 특징이 중요해요
그중에서도 무게도 상당한 영향을 준답니다.
안녕하세요.
개미나 쥐처럼 작은 동물들이 수직 벽을 자유롭게 오를 수 있는 반면, 고양이나 개처럼 더 큰 동물들은 벽을 쉽게 타지 못하는 이유는 단순히 근력의 문제가 아니라, 물리학적 스케일 효과와 표면 접착 메커니즘의 차이에서 비롯됩니다.
아주 작은 동물들은 자신의 체중에 비해 발에 작용하는 점착력(예: 정전기, 반데르발스 힘, 발바닥의 미세한 털 구조 등)이 훨씬 상대적으로 크기 때문에, 벽면과의 접촉 면적만으로도 충분한 접착력이 생겨 수직 또는 천장까지도 기어오를 수 있습니다. 이는 체중이 표면적의 세제곱에 비례하고, 점착력은 접촉면적에 따라 달라지는 물리 법칙에 따른 것으로, 생물이 커질수록 체중 대비 접착력이 상대적으로 급격히 줄어들게 됩니다. 예를 들어 개미나 파리는 발바닥 전체가 접착에 이용되며 그 면적도 무게에 비해 충분하지만, 고양이처럼 수 킬로그램 이상 되는 동물이 같은 방식으로 벽을 타려면 발바닥 전체가 흡착판처럼 진화되어야 하고, 심지어 몸의 대부분을 벽에 밀착시켜야 할 만큼 넓은 접촉면적이 필요하지만, 그런 구조는 근육 활동, 균형 유지, 사냥 등의 다른 생존 기능에 불리하기 때문에 진화적으로 채택되지 않았습니다.
따라서 고양이나 개 같은 중형 포유류는 벽을 오르기 위해서는 강력한 점프력이나 표면의 요철을 활용한 기어오르기 외에는 현실적으로 벽을 탈 수 없고, 이는 작은 동물들이 사용할 수 있는 미세한 표면의 불규칙성조차도 큰 동물에게는 의미가 없기 때문에, 생물의 크기와 중력의 상대적 영향 차이가 결정적인 역할을 합니다.
벽을 오르는 능력은 근력보다는 체중 대비 표면적의 비율과 부착력에 더 큰 영향을 받습니다. 개미나 쥐와 같은 작은 동물은 체중이 가볍고 발바닥의 특수한 구조(미세한 털, 발톱 등)를 이용해 벽면의 미세한 틈이나 요철에 효과적으로 달라붙을 수 있습니다. 반면, 고양이처럼 몸집이 큰 동물은 체중이 훨씬 많이 나가기 때문에, 발톱으로 벽면을 찍어 오를 수 있는 거친 표면이 아닌 한, 작은 동물과 같은 방식으로 매끄러운 벽을 오르기에는 부착력이 상대적으로 부족합니다.
가장 큰 이유는 크기와 표면적의 비율 차이 때문입니다.
벽을 탈 때의 힘은 주로 반 데르 발스 힘이나 흡착력, 또는 갈고리 형태의 발톱과 같은 표면 접착 방식 덕분입니다.
개미는 발바닥에 미세한 털들이 있는데, 이 털들이 벽 표면과 접촉하면서 발생하는 반 데르 발스 힘을 이용해 달라붙습니다. 게다가 개미는 몸집이 매우 작기 때문에 몸무게에 비해 발바닥 표면적의 비율이 훨씬 커서 이 미세한 힘만으로도 충분히 몸을 지탱할 수 있습니다.
쥐는 날카로운 발톱을 이용해 벽의 미세한 틈이나 거친 표면을 걸고 올라갑니다. 또한, 쥐의 몸무게는 고양이에 비해 훨씬 가볍기 때문에 상대적으로 약한 지지력으로도 벽을 오를 수 있는 것입니다.
그런데 고양이의 경우, 개미나 쥐처럼 몸무게에 비해 발바닥의 상대적인 표면적이 충분히 크지 않기 때문에, 발톱이나 발바닥의 마찰력만으로는 벽에 완전히 달라붙어 수직으로 오르기가 매우 어렵습니다. 고양이도 벽을 박차고 뛰어오르거나, 발톱으로 벽을 긁으며 잠깐 매달릴 수는 있지만, 개미나 쥐처럼 안정적으로 수직 이동하는 것은 힘듭니다.
좀 더 설명을 드리면 동물의 크기가 커질수록 몸무게는 세제곱에 비례하여 증가하는 반면, 벽에 달라붙는 데 사용할 수 있는 발바닥 표면적은 제곱에 비례하여 증가합니다. 즉, 몸무게가 늘어나는 속도에 비해 표면적이 늘어나는 속도가 훨씬 느리다는 거죠.
결론적으로, 벽을 얼마나 잘 오르느냐는 단순히 힘이 세냐 아니냐의 문제가 아니라, 몸무게를 지탱할 수 있는 접착 면적이나 방식이 얼마나 효율적인가에 달려있는 것입니다.
안녕하세요. 손국현 전문가입니다.
몸의 체적과, 중량의 크기 차이 때문입니다.
작은 동물은 무게중심이 낮고 가볍기 때문에 벽을 오르는데 무리가 없습니다. 하지만 덩치가 큰 현재의 동물들은 무게중심이 높고, 몸이 무겁기때문에 균형유지가 어렵습니다. 무게중심이 높아지면 움직일 때의 균형이 흔들릴 수 있습니다.
작은 동물의 에너지소비는 큰 동물에 비해서 필요량이 더 적습니다. 적은 에너지로, 적은 중량의 영향에 의해서 벽을 적은에너지로 이동할 수 있게 되는 것입니다.
또한 큰동물은 몸집이 커서 벽과의 접촉 면적이 줄어들 수 있어 마찰력이 상대적으로 적은 편으로 힘을 발휘하기가 어렵기 때문에 벽을 오르기가 힘들어 집니다.
벽을 잘타는 동물의 경우 민첩하고 다소 무게가 작음며, 마찰을 견딜 수 있는 날카로운 발톱을 가지고 있습니다.