봉투가 찢어지는 데에도 법칙이 있다

글쓴이
아즈
등록일
2003-12-02 23:04
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[사진설명: 톱니모양으로 파열된 빙상(氷床)]

영국의 두 물리학자가 봉투를 열 때 나이프를 사용할 경우엔 깨끗이 찢을 수 있지만 손가락을 사용할 때는 그렇지 못한 이유에 대해 조사했다. 이 연구로 이웃한 빙상(氷床) 사이에 지그재그 모양의 모서리가 생기는 이유를 설명할 수 있다.

케임브리지대학(University of Cambridge)의 아니망수 가탁(Animangsu Ghatak)과 락쉬미나라야난 마하데반(Lakshminarayanan Mahadevan)은 원형 막대기를 사용하여 CD를 포장할 때 쓰이는 것과 비슷한 플라스틱 필름을 찢는 실험을 했다. 막대기는 퓨즈(fuse) 정도 굵기부터 지름이 2.5 cm 정도 되는 것까지 여러 종류를 사용하였다. 연구진은 필름을 초속 2.5 cm로 일정하게 찢었다.

그 결과 얇은 막대기의 경우 필름이 곧고 매끄럽게 찢어졌다. 하지만 막대기가 일정 두께 이상이 되면 필름이 고른 톱니모양으로 찢어졌다. 이 때 찢어진 모양은 사이클로이드(cycloid)였다.

가탁과 마하데반은 반복되는 사이클로이드 모양이 필름이 찢어질 때 반복되어 발생하는 두 가지 과정 때문에 나타난다고 말한다. 먼저, 막대기에 힘을 준다. 그러면 필름은 막대기 바로 앞에 틈이 생기면서 찢어진다. 이 때 필름은 어느 정도 찢어지다가 멈추게 되고 이 때문에 막대기는 붙잡힌다. 그 다음엔 필름이 접히는 데에 에너지가 소비되기 때문에 찢어지는 방향이 막대기의 진행방향에 직각이 되는 쪽으로 바뀌게 된다.

찢어지는 지점의 간격이 넓을수록 필름은 더 적은 횟수로 접히게 된다. 결국엔 이 과정이 되풀이되면서 앞에서 일어났던 두 단계의 운동이 계속해서 일어나게 된다.

이러한 두 단계의 과정이 의미하는 것은 필름에서 갈라진 틈이 마구 진동하는 것이 아니라 갑자기 생성되었다가 진행이 느려졌다가 한다는 것이다.

이것과 유사한 파열이 봉투보다 훨씬 큰 스케일에서도 일어난다. 바로 빙하나 해류, 바람의 영향으로 파열되는 극지방의 빙상(氷床)이다. 이 때 생기는 틈은 톱니모양을 가질 수 있다.


<출처: Nature>
http://www.nature.com/nsu/031201/031201-1.html

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