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물방울, 왜 어떤 것들은 공처럼 되튀는 걸까?

[김창엽의 아하! 과학 48] 자동차 연료분사나 비구름 형성... 전자제품 개발에 도움줄 듯

등록 2020.03.04 11:38수정 2020.03.04 15:24
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물방울이 바닥에 떨어져 납작해지느냐, 아니면 '터지느냐', 그도 아니면 튀어오르느냐는 물방울의 이동 속도에 따라 결정되는 것으로 밝혀졌다. ⓒ 영국 워윅대학교

   
어린아이들과 이른바 '비누 버블 놀이'를 하다 보면 드물게 비눗방울이 마루에 닿지 않고 튀어 오르는 걸 목격할 수 있다. 대부분의 경우 바닥과 '충돌'하면서 비눗방울이 터지지만 왜 어떤 것들은 공처럼 되튀는 걸까?

사소해 보이는 이런 현상이 왜 생기는지를 영국의 한 대학 연구팀이 규명해 유명 물리학 저널인 <피지컬 리뷰 레터스>에 논문으로 기고했다. 영국 워윅 대학교 던컨 로커비 교수팀은 이 저널에 실린 자신들의 논문에서 물방울이 벽 같은 데 '부딪혔다가 튀어나오는 듯한' 현상이 생기는 것은 물방울과 벽 사이의 '공기 쿠션'이 만들어지기 때문이라고 밝혔다.
  
연구팀은 아울러 공기 쿠션이 생길지 여부는 물방울이 움직이는 속도에 따라 결정된다고 말했다. 물방울이 너무 빠르게 움직이면 문자 그대로 벽에 충돌하면서 납작해진다. 또 너무 느리면 벽과 물방울이 접촉하면서 생기는 '판데르발스' 힘에 따라 물방울은 터지고 만다.
    

미끌미끌한 유리 위를 수직으로 기어오를 수 있는 도마뱀붙이. 물이 유리 표면에 들러붙을 수 있게 하는 것과 같은 반데르발스 힘 때문이라고 한때는 여겨졌으나, 최근에는 정전기설이 유력하다. ⓒ 위키미디어 커먼스

    
물방울을 되튀게 만드는 공기 쿠션의 두께는 보통 사람으로서는 가늠이 안 될 정도로 얇다. 로커비 교수는 "달이 물방울이라면 놀이기구인 트램펄린 정도를 공기 쿠션으로 보면 된다"고 설명했다. 달이 바닥에 닿기 전 트램펄린에 먼저 맞고 튀어 오른다고 상상하면 된다는 것이다.

연구팀이 물방울의 튀어 오르는 현상을 규명하려 한 것은 단순한 호기심 때문만은 아니었다. 자동차 엔진 속의 연료나 잉크젯 프린터에서 분사되는 잉크 등의 움직임을 보다 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있는 까닭이다.

이번 연구 결과는 이밖에 비구름이 만들어질 때 물 입자의 이동이나 결합을 파악하는 데도 기여했다. 아울러 분사식 냉각 방식을 채용할 수도 있는 차세대 전자기기들의 개발에도 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다.
 

차양 아래로 떨어지는 빗물들. 보통 빗방울들이 낙하하면 땅바닥과 충돌해 납작해진다. 그러나 이론상으로는 빗방울들의 낙하 속도를 조절할 수 있다면 땅에 닿기 직전에 튀어오를 수도 있다, ⓒ 위키미디어 커먼스

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신축년 6학년에 진입. 그러나 정신 연령은 여전히 딱 열살 수준. 역마살을 주체할 수 없어 2006~2007년 북미에서 승차 유랑인 생활하기도. 농부이며 시골 복덕방 주인이다

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