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안녕, 형, 누나, 친구들. 난 물리 공부 하다가 별꼴로 뛰쳐나와 방랑하고 있는 낭만바보야. 오늘은 ‘일상의 물리학’에 대한 썰을 좀 풀어볼까 해. 결론은 이미 제목에 적었으니까 제목만 보면 전체 내용을 다 알 수 있지만, 본문엔 계산(?)도 좀 넣고 그림도 좀 넣고 해서 지적 호기심 채우기 좋게 가보자. 과학 할라믄 수식이 있어 줘야지. 그렇다고 쫄지마, 씨바. 내가 졸라 쉽게 적어 볼게. 과학 그까이꺼 쫄지만 않고 계속 보면 다 알게 돼있어.


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그냥 검색해서 나온 게 현대카드니 오해는 하지마


오늘 내가 설명하려는 건 ‘어째서 죽어가던 카드가 셀로판 테이프를 붙이면 살아나는가’야.


우선 마그네틱 카드가 뭔지 알아야하는데,


1. 마그네틱 카드(정보기록법)과 부록으로 마그네틱 손상


2. 카드 리더기가 정보를 읽는 방법
: 카드는 카드와 카드리더기의 상호작용에 의해서 긁히잖아. 물리 언어로 ‘Interaction이 있다’고 해. 리더기가 어떻게 카드를 읽는지 이해해야지 ‘마그네틱 손상이 카드 읽기에 초래하는 영향’에 대해 이야기 할 수 있어.


3. 셀로판 테이프와 반자성(diamagnetism), 그리고 부록계산


이렇게 세 개를 알면 이해가 될 거야.



1. 마그네틱 카드 (손상)


지갑에 마그네틱 카드 한 장 쯤은 가지고 있잖아? IC카드니 뭐니 해도 거의 모든 카드가 뒤엔 마그네틱이 붙어 있어. 아직 IC칩 인식 못하는 기계들이 있어서 아직도 마그네틱이 있는 거야. 카드 쓰러 갔는데 “마그네틱 없음 못 써요!” 이러면 바로 다른 카드 꺼내서 긁어 버릴 테니까. 


카드 하나 꺼내놓고 보는 게 좋겠지만 친절하게 그림을 첨부할께.


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Magtek, magnetic stripe card standard

(출처- MAGTEK.COM)


마그네틱 카드 뒷면의 개요도야. 각 파트의 크기를 어떻게 해야 하는지와 각각의 ISO 표준번호가 나와있지. ISO 표준에 맞게 만들어야 시판되는 기계들과 호환이 되거든. ISO 번호를 찾아보면 더 자세하게 나와 있을 거야. 나도 순수과학 쪽이라 잘은 몰라.


카드 뒷면을 보면 검은색 (가끔 갈색) 한 줄이 크게 있는 것을 볼 수가 있는데, 위의 그림을 보면 알겠지만 실제로는 한 줄이 아니라 세 줄로 이루어져 있어.


띠마다 ‘Recording density(같은 길이에 얼마나 많은 정보를 담을지)’와 ‘한 문자에 얼마나 많은 bit(0 or 1을 나타내는 최소 정보단위)’를 사용할 지가 달라. 이 내용이 합의되어 있어야 카드리더기가 입력된 신호를 정보로 변환시킬 수가 있어. 이에 대한 이야기는 조금 이따가 하든가 혹은 말든가 하자.


여하튼 저 띠에는 ‘마그네틱’ 카드라는 이름에 맞게 자석이 붙어있어. 이걸 ‘magnetic stripe’라고 불러. 학교에서 가끔 카드 뒤 마그네틱을 확인하는 실험을 해. 생각보다 간단하지. 자석에 잘 붙는 산화철 가루를 마그네틱 스트라이프에 뿌린 뒤 탁본만 하면 돼(탁본이라 썼지만 셀로판 테이프로 옮겨 붙이기라 읽어줘).


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산화철 가루를 이용한 마그네틱선 확인 실험

(출처- LG사이언스랜드)


마그네틱 스트라이프의 자력에 의해서(자석이 철을 끌어당기는 거 정도는 알지?) 철가루가 정렬된 것을 확인할 수 있어. 저 철가루들이 바코드처럼 1자로 정렬이 되어 있는 이유는 하나야. 저쪽이 자기장이 더 세기 때문이지. ‘자기장’이라고 쓴 말이 좀 그렇다면, 저 부분만 자력(자석이 당기는 힘)이 더 크기 때문이라고 생각하면 돼.


돈이 많다면 고가의 장비를 이용해서 자력의 세기를 측정할 수도 있겠지. 자기장의 세기 데이터를 이차원으로 받아 그림을 그릴 수 있을 거야. 그런 방식으로 자기력선을 관찰하면 아래와 같은 데이터를 얻을 수 있어.


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Visualization of magnetically stored information on a magnetic stripe card (Recorded with CMOS-MagView)


이 두 가지 결과를 통해,


1) 마그네틱 카드에는 자석이 있다
2) 그 자석이 바코드 마냥 빽빽하게 일렬로 정렬되어 있다


는 것을 확인했어. 아까 자력이 강한 부분이 바코드처럼 배열되어 있는 것을 봤지? 어떻게 자석을 배치해야 그렇게 될까? 그리고 왜 그렇게 했을까?


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<EEl Times>


마그네틱 스트라이프가 발생시키는 자기장의 모습이나 인식할 때 발생하는 전기신호 모양 등이 아주 잘 나타나 있어서 가져왔어. 저 기사의 본문으로 가면, 간단한 원리에 대한 이야기를 넘어서 ‘어떻게 하면 더 성능이 좋은(잘 읽는) 카드리더기를 디자인 할 수 있는지’에 대해 상세하게 나와 있어. 실제 기술에 대한 더 자세한 내용 볼 수 있을 거야.


사진의 '마그네틱 스트라이프' 부분을 보자. 자석의 N극과 S극은 원체 분리할 수 없는 거라 N극과 S극이 번갈아 가면서 나오지. 초등학교 때 자석을 유리판 아래 깔아두고 위에 철가루를 뿌렸을 때와 똑같은 모양의 선들이 N극에서부터 나와 S극으로 들어가고 있어. 다만 마그네틱 스트라이프에서 특이한 점이 있다면, 자석의 방향을 바꿔가면서 이어 붙였다는 거야. N극이 N극을, S극이 S극을 만나는 형태로 연결해놓았어. 서로 밀어내지 않겠느냐고? 그렇겠지만 서로 밀어내려는 힘보다 더 강한 힘으로 고정시키면 저 상태를 유지할 수 있어.


그럼 왜 저렇게 N극과 N극, S극과 S극을 연결시킨 띠를 만들었을까? 


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딱 원하는 그림은 잘 없으니까 위의 그림에서 조금만 더 상상력을 더해보자. 같은 극 두개를 배치한 경우, 두개의 자기력선들이 서로를 밀어내고 있지. 자기력선이 겹쳐지는 일은 절대로 일어나지가 않으니까(자기력선은 자기장에 수직한 방향으로 뻗기 때문에 자기장에 특이성이 없는 한 안 겹쳐) 두 극이 가까워지면 질수록 더 격렬하게 바깥쪽으로 사방으로 뻗어나가.


반면에 N극과 S극이 배치되어 있는 경우를 봐봐. N극에서 나온 자기력선이 S극 안으로 들어가고 있지? 이 상황에서 두 극을 가까이 놓으면(붙이면) 어떤 일이 발생할까? 답은 N극에서 나온 자기력선이 S극으로 바로 들어가버려(자기장으로 보면 서로 상쇄 된다는 이야기지).


즉, 두 자석이 가까워지면 질수록 상쇄효과가 커지다가 두 개가 딱! 붙어버리면, 한 개의 자석인 것처럼 자기력선을 가져. 자기력선이 자석 안을 타고 흐르니 바깥으로는 많이 빠져나가지 않겠지.


우리가 마그네틱 카드에 자기띠(magnetic stripe)를 붙인 이유는 카드에 있는 정보를 카드리더기로 전달하기 위해서잖아. 그러니 당연히 자기장이 바깥으로 많이 뻗어나가야 리더기가 마그네틱 정보를 읽을 수 있지 않겠어?! 이게 N극과 N극, S극과 S극이 서로 맞닿게 자기띠를 만드는 이유야. 그리고 바로 이게 마그네틱 스트라이프에 철가루를 뿌렸을 때 선 같은 모양이 나타나는 원인이기도 해. 다른 부분에 비해서 같은 극이 맞닿아 있는 부분이 더 자기력이 세기 때문에(자기력선의 수가 많기 때문에) 그 부분에만 철가루가 붙은 거지.


슬슬 페이스가 올라오고 있을 테니까 그리 어렵지 않을 거야. 근데 내가 너무 지쳐버렸어. 이거 저거 설명하다보니 꽤 힘들당. 오늘은 여기까지 하고. 다음에 자기장 신호를 카드리더기에선 어떻게 읽는지와 마그네틱 손상에 대해서 이야기 할게. 그 다음 왜 셀로판 테이프를 붙이는 게 효과적인지 이야기하자.





편집부 주


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