물리학자들이 ‘콜라 깡통 찌그러트리기’에 열올린 이유는? [기사]

예전에 공부하던 때가 떠오르네요..

' 도대체 이런걸 어디다 응용할건데! ' 라며 투덜거리면서요..^^

  원통형 금속외피 찌그러짐 언제 일어나나

축 방향 힘과 움푹한 자국의 상관관계 연구

음료 캔부터 우주로켓 안전한 설계에 도움



콜라 깡통의 찌그러짐 측정 실험. 위아래 축으로 다양한 크기의 힘을 가하고 작은 금속 공으로 찔러 다양한 크기의 움푹한 곳을 만들면서, 찌그러짐은 어떤 조건에서 갑자기 시작되는지를 정밀 측정한다. 미국 하버드대학 제공 물리학자들은 실험실에서 심각한 표정을 지으며 얼마나 많은 깡통을 찌그러트렸을까?

미국 하버드대학과 스위스 로잔연방공대의 물리학 연구진은 코카콜라 깡통들을 찌그러트리는 데에 가해지는 힘의 복잡한 작용과 조건들을 연구해 그 결과를 물리학술지 <피지컬 리뷰 레터스( PRL )> 최근호에 발표했다. 그런데 그저 콜라 깡통만의 찌그러짐 특성을 분석하려는 게 아니다. 연구진은 이런 찌그러짐 반복 실험이 원통형의 금속 외피를 지닌 맥주 깡통이나 다른 알루미늄 음료 깡통뿐 아니라 더 나아가 마찬가지로 원통형인 우주 로켓의 안정성을 높이는 설계에 도움을 주리라고 기대했다.

이들이 수행한 실험은, 위아래의 두 금속판 사이에 깡통을 두고서 다양한 크기의 힘으로 깡통을 누르면서 금속 공을 매단 막대로 깡통 옆구리를 찔러 움푹 들어가게 할 때, 깡통이 어느 순간에 찌그러지기 시작하는지를 정밀하게 측정하는 작업이었다. 이 실험을 통해 연구진은 축으로 가해지는 힘의 크기와 움푹 들어간 자국의 크기가 어떤 상관관계를 지닐 때 깡통이 찌그러지기 시작하는지를 알아보고자 했다.

콜라 깡통 찌그러짐 실험을 되풀이해 연구진이 얻은 성과는 이렇다. 연구진은 축 방향 힘의 크기와 움푹한 자국의 크기가 어떻게 조합될 때 원통형 금속 외피에 나타나는 안정성( stability )의 전체 그림은 어떠한지를 파악할 수 있게 하는 일종의 ’안정성 지도’를 작성했다. 이를 이용하면 금속 깡통이 어떤 조건들의 조합에서 찌그러지며 또는 찌그러지지 않는지를 예측할 수 있다고 한다. 다음은 이 연구를 소개한 미국물리학회( APS )의 온라인 매체 <피직스>가 전하는 연구 요지다.

″예컨대 깡통은 축 방향 하중의 크기가 어떤 일정한 값 이하일 때엔 움푹한 자국이 아무리 크다 해도 찌그러지지 않는다. 그러나 그 값을 넘어설 때, 움푹한 자국이 충분히 움푹하다면 깡통은 모두 다 찌그러진다. 갑작스럽게 일어나는 찌그러짐은 ’비선형적 안정성’으로 알려진 일반적인 거동을 나타내기에, 원통형 깡통이면서 움푹한 곳을 지닌 모든 물체들은 외피 안정성이 이와 비슷할 것이라고 연구진은 밝혔다.″ (온라인 매체 <피직스>에서)

이 물리학 전문 매체는 ˝이런 보편성이 유효하다면, 연구진은 이런 ’안정성 지도’를 사용해 우주 로켓이나 이와 비슷한 물체들이 옆쪽에서 가해지는 약한 찌르기만으로 어떤 반응을 나타내는지 측정함으로써 그것들의 견고성을 미리 내다볼 수 있을 것˝이라고 전했다.

오철우 선임기자 cheolwoo @ hani . co . kr