돌 수제비, 물에 돌 튕기기 원리는?
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.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.
