스스로 계속 춤춘다…美 하버드대, 신기한 액체 운동 현상 발견

외부에서 힘을 가하지 않아도 액체가 스스로 계속해서 움직이는 신비한 현상이 발견됐다.
　
미국 하버드대 연구진은 이 현상의 구조를 밝혀내고 ‘자발적으로 춤추는 액체방울들’(Self-excited dancing droplets)이라고 명명했다.

연구를 이끈 아디티 차크라바티 박사후연구원(기초·응용과학부)와 그의 동료 연구자들에 따르면, 이런 액체방울의 움직임은 증발하기 쉬운 휘발성 액체와 액체를 흡수해 팽창하는 팽윤성 시트만으로 만들어낼 수 있다.

세상에는 여러 가지 현상이 운동, 즉 움직임으로 이루어진다. 그리고 그중에는 스스로 움직이는 것처럼 여겨지는 신비한 현상도 있다. 이는 물론 에너지에 의해 움직이고 있지만 그 작용이 직접적이지 않아 스스로 움직이듯 보이는 것이다.

예를 들어 비진동 에너지에 의해 진동이 발생하고 성장하며 지속하는 현상을 자려진동이라고 부르는 데 바이올린 현의 진동 등이 바로 여기에 들어간다.

이들 연구자가 공개한 영상에서는 얇은 시트 위에 있는 액체방울이 누가 힘을 가하고 있는 것도 아니지만 왼쪽과 오른쪽으로 계속해서 움직인다. 게다가 이는 휘발성 액체방울과 얇은 팽윤성 시트만 있으면 되는 매우 간단한 구조로 돼 있는 것이다.

실험에서는 팽윤성 시트 위에 휘발성 액체방울(아세톤 또는 매니큐어 리무버) 등을 떨어뜨렸다.

액체방울이 시트 표면에 닿으면 액체의 일부가 시트에 흡수된다. 그러면 시트의 일부가 팽창하므로 시트 위에 경사가 생겨 액체방울이 흘러간다. 액체방울이 이동하면 팽창한 부분이 공기에 노출되므로 흡수된 액체가 증발해 시트는 원래의 형상으로 돌아간다. 그리고 액체방울이 이동한 곳에서도 같은 과정이 발생하므로 액체방울은 자발적으로 진동 운동을 반복하는 것이다.

이는 ‘액체방울을 시트 위에 떨어뜨린다’는 첫 번째 행위와 ‘증발’, ‘팽창’, ‘중력’의 상호 작용이라는 비진동 에너지가 액체방울의 지속적인 진동을 만들고 있는 것이다. 참고로 이 운동은 액체가 마를 때까지 계속된다.

이에 대해 차크라바티 연구원은 “이런 유형의 자기 생성 운동은 지금까지 검토된 적이 없으므로 흥미로운 응용으로 이어질 수 있다”면서 “고 말했다.

연구에 참여한 락시미나라야난 마하데반 하버드대 교수(응용수학·응용물리학 등)도 “소형 엔진과 발진기 그리고 펌프 등의 구동에 도움이 될 수도 있어 앞으로의 연구를 기대할 수 있을 것”이라고 설명했다.

자세한 연구 결과는 세계적인 물리학 권위지 ‘피지컬 리뷰 레터스’(Physical Review Letters) 6월 25일자에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr