돌 수제비, 물에 돌 튕기기 원리는?
돌 수제비라고 하지요. 물 위에 얇은 돌을 던져서 여러 번 튕길 수 있는데요.
어떻게 던진 돌이 물에 빠지지 않고, 미끄러지지도 않고 여러 번 튕겨 나갈 수 있나요?
또 돌이 얇으면 더 잘 되는 이유는 무엇인가요?
6개의 답변이 있어요!안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.
물체가 유체에 부딪치면 반발력은 속도와 표면적에 비례합니다. 우리가 다이빙을 할 때 손을 뻗치고 머리로 입수하면 충격이 적고, 잘못하여 배, 가슴 등 접촉면적이 커지면 충격력이 커집니다. 또한, 높은 곳에서 뛰어 내리면 속도가 빨라져서 몸에 충격이 더 커집니다.
그림에서 보는 것처럼 돌을 던지는 직선속도, 회전속도, 돌의 두께, 돌의 직경, 돌의 입사각이 최적화 되어야 돌 수제비가 잘 만들어지고 여러번 멀리 갑니다.
돌이 둥근 모양이라야 회전이 잘되면서 중심을 잡고 돌이 다시 물과 일정한 각도를 유지할 수가 있습니다. 팽이의 세차운동과 같습니다. 이 회전력이 없으면 돌이 중심을 잡지 못하고 한 쪽으로 기울어져 금방 돌 수제비가 없어집니다. 돌의 두께와 직경은 돌의 직선 속도에 따라 물에 부직혀 반발하는 충격력의 크기를 결정하므로 돌의 속도와 상관관계가 있습니다. 돌의 직경이 커질 수록 물에서 반발하는 반발력이 커야 되므로 직선속도가 커야 됩니다. 당연히 원판의 형태라야 팽이처럼 세차운동에 의해 물에서 튕긴후에 자세가 바로 설 수가 있습니다. 회전 속도는 반발력의 크기와 반발력의 방향에도 영향을 미치므로 너무 커도 좋지 않습니다. 즉 돌이 튀어올랐을 때 자세를 바로 잡을 수 있는 정도의 회전속도면 적당합니다. 두께가 너무 두꺼우면 돌이 무거워서 반발력에 많이 튀어 오르지 못합니다. 또한, 돌의 직경은 물에서 튕기는 반발력은 크게 하지만 공기 저항이 커지므로 너무 커도 좋지 않습니다. 당연히 입사각의 크기에 따라 반발력의 각도가 달라져서 돌의 직선 속도에 영향을 미치므로 적당한 값을 가져야 합니다. 만약 0도로써 위에서 바로 물아래로 던지면 반발력이 물과 수직을 이루므로 돌이 나가 가지 못합니다. 돌의 입사각이 90도가 되면 반발력은 돌을 거꾸로 뒤집는 방향으로 작용할 것입니다.
사람마다 돌을 던지는 속도가 달라지므로 최적의 값을 찾아야 합니다. 돌 수제비를 멀리 그리고 많이 만들려고 하면 돌의 직선 속도를 최대로 하고 그 속도에 따른 최적의 돌의 직경과 두께 입사각 그리고 회전속도를 찾아야 합니다.
돌 수제비에서 돌이 물에 빠지지 않고 튕기는 원리는 관성과 표면장력입니다. 돌이 물과 닿으면서 표면장력이 작용하여 물에 빠지지 않고, 던진 방향과 반대로 작용하는 관성력이 작용하여 여러 번 튕겨져 나갑니다. 돌이 얇을수록 물 위에서의 접지면이 작아져서 표면장력이 더 잘 작용하고, 또한 물에서 돌의 하중이 작아지므로 더 잘 튕겨져 나갈 수 있습니다.
물의 표면 장력 때문에 물에 돌이 튈 수 있습니다.
표면 장력은 액체가 기체/고체에 접해있을 때, 그 경계면에 생기는 면적을 최소화하는 힘입니다.
물을 컵에 부었을 때, 컵을 꽉채워도 물이 조금 더 튀어나오는 이유가 표면장력 때문입니다.
납작한 돌을 던지면 돌의 앞머리가 물에 부딪히고, 물을 밀게 됩니다.
그러면 부딪치는 물의 양이 많아지면서 물의 분자 결합력이 높아집니다.
즉 표면장력이 돌을 튀게 합니다.
따라서 돌이 얇으면 (질량 대비)접촉하는 물의 양이 더 많기 때문에 더 잘됩니다.
안녕하세요. 정연곤 과학전문가입니다.
고체는 분자 간의 결합이 단단한 반면 액체는 비교적 느슨합니다. 따라서 고체(돌)와 액체(물)가 충돌하면 고체가 액체를 파고드는 것이 일반적이죠. 그런데 돌을 비스듬히 던지면 순간적으로 돌과 물이 접촉하는 표면적이 넓어지고, 이 충돌 면에 한해서 액체 분자의 결합력이 고체 분자보다 강하게 작용할 수 있습니다. 이에 따라 돌이 물속으로 파고들지 못하고 튕기는 현상을 보입니다. 그리고 돌을 회전시키면 돌의 평평한 면이 안정적으로 수평을 유지할 수 있으므로 계속 튕기게 됩니다.
[출처] [이런 것도] 다양하게 활용된 물수제비 원리|작성자 Amor Fati
안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.
물수제비 속에 숨어있는 과학적 원리는 표면장력입니. 액체와 기체 혹은 액체와 고체 등 서로 다른 상태의 물질이 접해 있을 때 그 경계면에 생기는 면적을 최소화하기 위해 힘이 작용하게 되는데 이를 표면장력이라고 합니다.
안녕하세요.
물수제비의 원리는 돌의 속도와 회전력에 따라서 멀리 그리고 많이 튕길 수 있느냐가 결정됩니다.
원리는
고체인 돌은 분자간의 결합이 강하고 액체인 물은 분자 간의 결합이 돌에 비하면 약합니다.
그러나, 고체인 돌과 액체인 물이 부딫히면 부딫힌 면적에 한하여
액체분자가 고체 분자보다 강한 결합력으로 작용하기 때문에,
물과 돌이 접촉하는 면적이 넓으면 넓을 수록 액체는 마치 고체처럼 작용하게 됩니다.
따라서 돌이 물 속으로 파고들지 못하여 튕겨져 나가는겁니다.
감사합니다.
