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지름 2㎜ 물방울이 0.2㎜ 굵기 거미줄에 초속 1㎝로 부딪힌다면?

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지름 2㎜ 물방울이 0.2㎜ 굵기 거미줄에 초속 1㎝로 부딪힌다면?

2016.04.13 07:00
pixabay 제공
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비온 뒤 거미줄에 빗방울이 송글송글 맺혀있는 경우가 있다. 

 

대부분의 빗방울은 거미줄에 붙지 않고 땅으로 떨어진다. 거미줄에 맺힌 빗방울에는 어떤 비밀이 숨어있는 것일까. 국내 연구진이 이런 궁금증에 시원한 해답을 내놨다.

 

김원정 서강대 기계공학과 교수팀은 유체 방울이 줄(와이어)에 충돌하는 과정에서 어떤 조건을 충족시켜야 줄에 남을 수 있는지 예측하는 관계식을 찾아냈다고 12일 밝혔다.


연구팀은 물방울의 지름과 줄의 지름, 충돌 속도를 서로 달리하는 실험을 수행하면서 물방울이 줄에 떨어지는 과정을 초고속 카메라로 촬영했다. 그 결과 물방울이 줄에 충돌하는 속도가 느릴 때 줄에 맺히며, 이때 물방울의 지름과 줄의 지름 사이의 상대적인 크기 차이가 중요하다는 사실을 확인했다.

 

예를 들어 지름 2㎜인 물방울이 약 0.2㎜ 굵기의 줄과 충돌할 경우, 충돌 속도가 초속 1㎝ 이하일 때에는 줄에 맺힌다. 이보다 빠르면 물방울은 그대로 줄을 통과하며, 초속 2m가 넘으면 물방울이 2개로 분리돼 땅으로 떨어진다.

 

줄의 굵기가 굵어져 물방울과 줄의 상대적인 크기 차이가 줄어든 경우, 저속에서 물방울이 더 잘 맺히고, 고속에서는 더 잘 쪼개지는 것으로 나타났다. 줄이 굵을수록 물방울이 원래 모양을 유지한 채 통과할 가능성이 줄어든다는 뜻이다.

김 교수는 “순전히 거미줄에 물방울이 맺히는 조건이 궁금해서 시작한 연구였다”면서도 “전선이나 와이어를 코팅할 때 어떤 속도로 코팅액을 뿌려야 하는지 등을 판단하는 데 응용할 수 있다”고 밝혔다.


연구결과는 유체역학 관련 학술지인 ‘피직스 오브 플루이드’ 12일자에 실렸다.

 

 

 

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