자연속 ‘소용돌이’의 비밀을 밝히다
자연속 ‘소용돌이’의 비밀을 밝히다
  • 최태선 기자
  • 승인 2015.10.07 15:31
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초고속 X-선현미경 순간 포착으로 뒤집어진 ‘30년 정설’ 
제정호(신소재) 교수 등은 물방울이 액체 표면에 떨어지는 순간 소용돌이가 형성되는 찰나의 모습을 초고속 X-선 현미경으로 관찰하여 그 원리를 밝혀내고, 관련 연구결과를 네이처 자매지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 최신호를 통해 발표했다.
시냇물이 흐를 때, 배가 풍랑을 헤쳐나갈 때, 태풍이나 토네이도가 몰아칠 때, 그리고 심지어 우주의 성운을 관찰하기에 이르기까지 물체가 빙빙 돌면서 나선형으로 흐르는 현상인 ‘소용돌이’는 자연 현상 속에서 흔히 볼 수 있는 형태로, 연구팀은 물방울이 액체 표면에 떨어질 때 순간적으로 물방울 벽면을 따라 액체가 타고 올라가면서 작은 소용돌이가 만들어지는 과정을 X-선 현미경에 생생히 담아냈다.  
그 결과 30여 년 전부터 학계에 정설로 알려진 소용돌이 형성 기준이 잘못됐다는 것을 확인하였고, 액체의 오네조르게 수(Oh)가 충분히 적을 때 탄성파 에너지의 전달한 소용돌이가 형성되는 원리를 설명할 수 있었다. 이 원리에 따라 액체의 오네조르게 수가 소용돌이 형성의 새로운 기준으로 제시됐다. 그뿐만 아니라, 연구팀은 소용돌이가 연속하여 여러 개가 형성될 수 있음을 최초로 확인했고, 소용돌이 개수와 레이놀드 수(Re)의 상관관계도 처음으로 규명했다. 이 밖에도 소용돌이의 회전 역학, 각속도, 나선 모양 등 구체적인 소용돌이 형태까지 자세히 밝혀냈다. 이는 태풍과 같은 자연재해의 체계적 이해, 유체물질 전달 산업에서의 공정 효율 증대 등의 응용이 가능한 성과이다.

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