정량적인 분석은 어렵지만 정성적 개념은 간단합니다. 논문 참고하세요^^ 이유: 상하로 진동하는 수면과 물방울 사이에 아주 얇은 공기층이 형성되기 때문입니다. 부연설명: 아래 내용을 이해해야 합니다. 1. 물방울이 동그란 모양을 띠는 이유는 서로 인접한 물분자가 서로를 강하게 끌어당기기 때문이다. 이는 물방울의 표면적이 최소가 되려는 경향으로서 나타나고 '표면장력'이라 불린다. 2. 서로 다른 물방울이 서로 근접하여 물분자 사이에 공기분자가 사라질 정도가 되면 물분자 사이의 인력때문에 병합이 된다. 즉, 물분자 사이에 공기막이 형성되어 있으면 병합이 이뤄지지 않는다. 3. 수조를 진동시키는 진동수를 적절히 조절하면 수면상에 정상파 형태의 상하진동(물결)이 형성된다. 수심에 따라 달라지지만(수면파의 전파속력 변화때문에), 대체적으로 300 Hz 정도에서 수면파의 정상파 파장의 0.5배(마디 사이 간견)가 물방울의 크기와 비슷해지는데, 이때 진동하는 수면이 물방울을 감싸는 형태가 되고 물방울과 수면 사이의 얇은 공기층이 효과적으로 유지된다. 뜨거운 프라이팬 위에서 물방울이 오랫동안 돌아다니는 이유는 기화된 수증기에 의한 기체막이 액체방울과 고체표면 사이에 형성되는 현상(라이덴 프로스트 효과)때문이지만, 이 경우에는 액체 표면의 진동 때문에 공기막이 유지되는 경우라고 할 수 있겠네요.
지나가던 물리과 대학원생입니다. 물방울이 떠있을 수 있는 이유는 되튀어오름 때문인데요. 민바크님이 보여주신 논문에서 물방울 간의 충돌이 서로 흡수가 되지 않고 되튀오른다는 실험을 인용합니다. 물론 천천히 부딛힌다면 두 물방울이 흡수가 되겠지만, 여러 조건이 만족했을 때는 튀어오릅니다. 진동하는 물표면은 이와 같은 충돌이 물방울과 물표면간에 반복적으로 일어난다고 생각할 수 있어요. 탱탱볼 혹은 물수제비 마냥 계속 튀어오르는 거죠. 논문에서는 액체방울이 튀어오를 때와 내려올 때를 각각 관찰해서 사진을 찍습니다. 모양이 다른 것을 분명히 확인할 수가 있어요. 진동이 아래 방향일 때 물방울은 원형이고 위쪽 방향일 때는 타웡형입니다. 이러한 되튀어오름 때문에 물방울이 공중에 떠있는 것이고 그 사이에 공기층이 유지될 수 있는 것이죠. 이에 대한 조건으로는 이론상 표면이 진동할 때의 가속도가 중력가속도를 넘겨야한다고 합니다. 민바크님께서 논문과 함께 물공중부양이 Faraday instability로 인한 것이라고 언급하셨는데 이는 논문의 요지와 다릅니다. 먼저 Faraday instability는 특정 주파수 이상에서 우리가 아는 단순한 정상파가 아닌 비선형 정상파를 보인다는 거에요. 논문에서 Faraday instability를 언급한 이유는 자기 논문의 특별한 점을 얘기하기 위해섭니다. 이전 논문에서는 Faraday instability가 있는 상태에서 실험을 했다는 거에요. 반면에 자기네 논문에서는 Faraday instability가 보이지 않는 보다 낮은 진동수에서도 실험을 성공을 했다는 것입니다. 이게 가지는 의미가 이전 논문에서는 비선형 효과들이 물방울 공중부양에 영향을 주는 것을 고려해야 하는데, 그런 요소가 사라지니 자기네 논문에서는 공기층에 대한 성질을 이해하기 쉽다는 것이죠. (그리고 해당 논문에서는 물을 사용한 것이 아니라 Silicon Oil을 사용했습니다.) 민바크님 사랑합니다. 오해 마세요!
@@시현세상 속도 100km/h인 공을 붙잡아 0km/h로 낮추는것을 100만큼의 일을 한다라고 표현을 할 때 이 100의 일을 1초동안 해야할 때와 10초동안 할 때를 비교하면, 10초에 걸쳐 멈출 때 더 작은 힘을 써도 되겠죠? 반대로 1초만에 멈춰야 한다고 하면 그만큼 큰 힘을 써야되는거고요 숫자로 표현을 하면 10초에 걸쳐 잡을때는, 1초당 10의 힘을 내면 되고 1초만에 잡을때는, 1초당 100의 힘을 내야하고 이런 차이입니다 :D 이때 100의 일이라고 표현한것이 위에서 말한 충격량( 힘*가한시간 / F*t ) 로 정의할 수 있고 1초당 10, 1초당 100 이것은 그 순간의 충격력, 힘의 크기라고 정의할 수 있습니다. (위에 수식에서 F에 해당)
@@시현세상 충격량=충격력×충돌 시간 님이 똑같은 힘으로 던진 야구공을 받을 때 그냥 가만히 받는 것과 손이나 몸을 뒤로 빼는 것의 아픔의 정도가 다를 거에요. 여기서 충격력이 아픔의 정도라고 생각하고 손에 공이 충돌할 때의 시간이 충돌시간이라고 생각해보세요. 똑같은 힘으로 던진 공( *같은 충격량* )을 받을 때 가만히 받으면(충돌시간⬇️) 아프고(충격력⬆️) 뒤로 빼면서 받으면(충돌시간⬆️) 덜 아픕니다.(충격력⬇️)
확실친 않지만 제 생각에는 lotus effect에 의한 것 같습니다. Lotus effect란 연꽃 잎의 표면의 구조가 오돌토돌해서 초소수성을 띠게 하는 효과인데, 이 영상과 상당히 유사해보였습니다. 물에 일정한 진동을 계속 가해주면서 물의 표면을 균일하게 울퉁불퉁하게 해주고 있는데, 그 표면 구조 때문에 초소수성을 띠게 되어 물방울이 떠있는 현상이 일어나는 것이라 생각합니다. 하지만 표면은 친수성이 굉장히 큰 물 입자로 이루어져 있고, 진동에 의한 표면 형성이기 때문에 완벽한 lotus effect에 비해 그 효과가 오래 지속되긴 어려울 것입니다. 아무리 진동을 주는 환경을 완벽하게 설계를 해도 미미하게라도 시간에 따라 표면의 구조에 변화는 있을 수 밖에 없고, 떠 있는 물방울, 떨어뜨리는 물방울에 의해서도 표면이 영향을 받기 때문에 결국 밸런스는 깨어지고 lotus effect의 효과가 사라질 때 물방울이 흡수되는 것이라 생각합니다.
@@박준명-n8i 그건 생각 못했네요. 그냥 소수성 표면에 물방울이 떠 있는거면 물방울끼리 즉시 합쳐져야 하는게 맞는 것 같습니다. 그럼에도 영상 속에서는 그렇게 되지 않은 것은 아무래도 물방울에 그 이유가 있는 것 같습니다. 영상을 보면서 느낀게 물방울이 사라질 때 물에 흡수되는 느낌보다는 거품이 터지는 것 같은 느낌을 많이 받았는데요. 그 점에 착안하여 가설을 하나 세워보자면 먼저 엄청난 진동수를 받은 물의 표면은 용존기체량이 높을 것입니다. 따라서 물방울을 떨어트렸을 때, 물방울의 표면장력과 lotus effect로 얻는 약간의 소수성으로 버틸 수 있는 질량을 제외한 물방울 내부의 물은 아래로 흡수되고, 그 자리를 용존 상의 기체가 대체하면서 거품 형태로 변형되는 것 같습니다. 그렇게되면 거품끼리 만나는 즉시 합쳐지지 않는 것은 맞아떨어지겠네요. 만들어지는 것이 물방울일지 거품일지 구분할 수 있다면 좋겠는데, 바닥에 일정한 크기의 문양을 넣고 물방울을 통해 본 것과 물 표면을 통해 본 것의 크기를 비교해보면 될 것도 같네요. 물방울이면 볼록렌즈가 될 것이고 거품이면 중력에 의해 오목렌즈가 형성되어 있을테니까요. 다만 진동 때문에 물표면이 잔잔하지 않아 이미지가 흐릴 것이고 울퉁불퉁한 표면에 영향도 받으며, 그리고 물방울이 작기 때문에 비교가 쉽진 않을 것 같습니다. 어쩌면 바늘로 찔러서 곧바로 터지는지 여부를 확인해보는 것도 방법이 될 수 있겠네요.
막의 진동은 기본적으로 크게 떨리는 곳과 떨리지 않는 곳이 나누어져있어요. 어떤느낌이냐면... 나비나 잠자리의 몸통을 잡으면 계속 날갯짓을 하는 느낌으로요. 거기 위에다 스티로폼 공을 하나 올려놓았다고 칩시다. 그럼 그 공은 날갯짓에 계속 부딪히면서 떠있겠죠? 그에 반해 스티로폼 공과 나비의 날개 또는 몸통이 닿는 시간은 현저히 적을거예요. 그렇다면, 떨리지 않는 곳에 물방울을 올려놓으면, 그 옆의 떨리는 곳이 물방울이 계속 떠있도록 쳐주는거 같아요. (물론 실험영상 보고 든 생각입니다) 그런데, 막의진동은 주파수가 같을 때, 막의 모양에 따라 떨리는 곳의 위치가 달라져요. 사각수조에서도 똑같은 주파수에서 실험했을 때 된다면 막의 진동을 적용할 수 없겠죠! 전제를 부정하니까요.
논문을 살펴보니 몇몇 분들이 말씀하신대로 표면과 방울 사이에 얇은 공기층이 형성되기 때문이 맞는것 같습니다. 영상에서는 패러데이 불안정성을 이야기 했는데 이건 진동수가 높아짐에 따라 표면이 불안정해지면서 생기는 물결의 무늬에 좀더 초점이 맞춰진 말인것 같습니다. 논문에서는 walking droplets이란 표현을 사용합니다. 간단히 설명하자면, 방울이 튕기는 주기와 표면에서 만들어지는 정상파의 주기가 같기 때문에 방울이 표면에 닿기직전에 표면이 방울을 감싸는 형태가 되고, 따라서 공기층이 만들어지기 쉬워집니다. 여기서 계면활성제를 이용하는 이유는 방울과 표면이 쉽게 재결합 하지 못하게 하기 위함인데 이 때문에 더 오래동안 튀어오를 수 있습니다. 보통은 오일을 사용합니다. 제가 찾아보면서 정말 신기했던건 물방울이 파동의 앞쪽에 떨어지면서 상하로 튕김과 동시에 앞으로 나아가는 현상이 있는데 이 물방울의 움직임이 양자역학에서 나타나는 현상을 재현할 수 있다는 겁니다. 방울로 이중슬릿 실험을 했는데 스크린에 닿은 부분의 분포가 양자 이중슬릿 실험에서의 간섭무늬와 매우 비슷했다고 하고, 또 파동이 만들어낸 방울의 무질서한 움직임을 기록하여 이것을 확률밀도로 나타냈더니 원자에 묶인 전자 위치의 확률밀도와 비슷하게 나온다고 하네요. 정말 신기하지않나요? 영상올려주신 덕에 정말 새롭고 신기한 사실 배우고 갑니다.
1.물이아닌 것(예:연잎) 소수성 물과친하지 않아 물 알갱이와 쉽게 결합하지 않는것을 소수성이라고 합니다.소수성 물질은 물과 섞이지않으며 물에 젖지도 않습니다. 그래서 물이 진동할때 소수성이 되는가를 생각해보니 어디서도 물이진동할때 소수성이 된다.라는 말은 없더라구요 그래서 다시한번 생각해보았습니다 이젠 표면장력에 대해 찾아보았습니다 표면장력은 액체의 표면이 스스로 수축하여 최대한 작은 면적을 취하려는 힘의 성질을 말하며, 계면장력의 일종이라고합니다. 여기서 떠오른 생각은 ?였습니다 대체 왜 떠다니는 것인가. 그래서 결국 화학적이론 대입은 못시켰지만 나름대로 결론을 내보았습니다. 285Hz로 진동을 냈을때 물의 표면이 불규칙한(매끄럽지않은)상태가 됩니다. 그때 물의 표면이 오돌토돌한 상태가 되면서 물이 흡수될 수 없는 정도의 면적에서 물방울이 튕겨지는게 아닐까 하는 생각이 듭니다. 아참 그리고 06:40초 부근에서 충격량이 아닌 충격력이감소하는게 아닌가 조심스레... -부가설명- 만약 충격량이 동일한상태라면 충돌시간과 충격력이 반비례하는것을 생각해보면 받을때 손을 뒤로 빼게되면 충돌시간이 길어지고 충격력은 감소할 것입니다. 이상 지나가는 학생이었습니다...
큰 상관은 없습니다. 발수 코팅은 기본적으로 소수성 물질이기 때문에 미세하게 오목한 구조로 만들면 표면적이 증가해 표면장력의 증가로 에너지가 높아지게 되어 떨어지는 것이고, 이 경우는 표면과 물방울이 별도의 표면장력이 없는 동일물질이라 표면적이 넓어지면 오히려 잘 들러붙게 됩니다. 이 실험의 핵심은 물방울이 수면에 부착되어 표면적이 충분히 넓어지기 전에 넓어진 표면적만큼 다시 줄이기 위한 외력을 물방울에 가해줄 수 있는가 입니다.
물방울이 물표면으로 들어가려면 물표면이 원래 가지고 있던 상태에 변화를 주게 되는데, 물표면은 진동을 하는 상태이고 물방울이 들어가려면 그 진동에 변화를 줘야하지만 물방울이 변화를 주기에는 물방울이 가지고 있는 에너지가 부족하기 때문에 못 들어가고 표면에 떠있는 거 아닐까요
이유: 상하로 진동하는 수면과 물방울 사이에 아주 얇은 공기층이 형성되기 때문입니다. 1. 물방울이 동그란 모양을 띠는 이유는 서로 인접한 물분자가 서로를 강하게 끌어당기기 때문입니다. 이는 물방울의 표면적이 최소가 되려는 경향으로서 나타나고 '표면장력'이라 불립니다. 2. 서로 다른 물방울이 서로 근접하여 물분자 사이에 공기분자가 사라질 정도가 되면 물분자 사이의 인력때문에 병합이 됩니다. 즉, 물분자 사이에 공기막이 형성되어 있으면 병 합이 이뤄지지 않습니다. 3. 수조를 진동시키는 진동수를 적절히 조절하면 수면상에 정상파 형태의 상하진동(물결)이 형성됩니다. 수심에 따라 달라지지만(수면파의 전파속력 변화때문에), 정상파 파장의0.5배(마디 사이 간격)가 물방울의 크기와 비슷해지는데, 이때 진동하는 수면이 물방울을 감싸는 형태가 물방울과 수면 사이의 얇은 공기층이 효과적으로 유지됩니다. 뜨거운 프라이팬 위에서 물방울이 오랫동안 돌아다니는 이유는 기화된 수증기에 의한 기체막이 액체방울과 고체표면 사이에 형성되는 현상(라이덴 프로스트 효과)때문이지만, 이 경우에는 액체 진동의 표면의 진동 때문에 공기층이 유지되는 경우라고 할 수 있을 것 같습니다.
@@gunhwijang5239 I=Ft가 공식인데요 I는 일정합니다 근데 여기서 받는 시간 즉 t가 증가하면 I는 일정하기 때문에 F가 줄어듭니다 이때 F가 충격력이고요. 예를 들면 10(I)=10(F)x1(t) 입니다 t를 늘려보면 10(I)=5(F)×2(t) F가 10에서 5로 줄어들었습니다. 이런식으로 적용되는겁니다 .+ 실생활에는 자동차 범퍼, 공을 받을 때 순간적으로 뒤로 캐치하기, 등등 있습니다.
개인적인 생각으로는 물이 빠르게 진동하면서 표면이 매끄럽지 못하고 계속해서 불규칙한 형태의 표면을 띠고 있기에 그 상태에서 색소가 섞인 물을 떨어뜨리면 안정적이지 못한 표면에서 색소는 흡수되려고 하는데 진동에 따라 계속해서 형태가 바뀌는 탓에 표면장력에 의해서 물방울의 형태로 유지되는 게 아닌가 싶습니다.. 그러다 3:54와 같이 상대적으로 표면이 조금이라도 안정적인 곳이 생기면 그 방향으로 색소가 침투하여 스며들어가는게 아닌가...하는 생각을 해봅니다. 오늘도 신기한 영상 감사합니다.
긱블님. 앰프 옆의 고정장치 없이 실험하셨을때, 색소탄 물 말고서 그냥 물방울로 실험해 보셨나요? 아마 퐁퐁과 색소를 집어넣으면서 색소탄 물의 물성이 변화해서 기존에 보신 영상과 결과가 다르게 나온거 같은다고 추측됩니다. 그래서 앰프 개량한 장치로 실험했을때, 옆의 박스로 부터 반사된 파동과 앰프 자체의 파동이 중첩되어서 수면에서의 Hz가 285Hz보다 커졌을거 같네요. 그래서 색소탄 물이 더 오래 유지가 된것 같고요. 아마 개량한 앰프에서 Hz를 지금만 더 올리면 영상처럼 물방울이 반영구적으로 유지되듯이, 색소탄 물도 유지될 걸로 사료됩니다. 최초의 앰프로도 285Hz보다 좀 많이 높이 올리면 색소탄물이어도 가능할거라고 생각합니다. 추가 실험영상 부탁드려요!!
이건 아닌데 좀 비슷해보이는 실험이 있어요. 하버드대 자연과학 영어로 치시면 유툽채널 나오는데 Sonic 을 이용한 revitation 실험이 있더라구요. 원리는 standing wave를 만들고 high pressure 로 종이 쪼가리 같은걸 띄우더라구요. 그것도 직접 해서 보여주시면 좋을것 같아용
제가 생각한 원리는: 원래 물은 약간 아주 미세하게 진동하긴 하지만, 평평하다고 볼때 다른 물방울이 떨어지면서 닿을 수 있는 표면이 균일해서 서로 붇자마자 끌어당겨서 들어가는데, 저렇게 진동이 있으면, 아주 조금씩 진동으로 올라간 물 표면이 닿고, 또 아주 잠깐 있으면 끌어당기기도 전에 진동때매 그게 다시 들어가고 하는걸 반복해서 그런것 같습니다. 일반인으로선 그게 최선이네요 ㅎㅎ
우선 페트리접시의 물에 퐁퐁을 타면 페트리접시의 표면장력이 약해지게 되고, 페트리접시의 물 표면장력 < 주사기 물 표면장력이 되어서 주사기 물이 둥근 형태를 더 잘 유지할 수 있게 해줍니다. 그렇지만 가만히 두면 확산 때문에 페트리접시의 계면활성제가 주사기로 뿌린 물방울에 섞이게 되고, 이로 인해 표면장력이 약해지면서 물방울을 유지하기 힘들어집니다. 실험에서 보면 페트리접시 위의 물이 정상파를 이루는 것을 볼 수 있는데, 페트리접시의 물 표면이 정상파형으로 진동하면서 페트리접시의 물과 주사기로 뿌린 물이 접촉하는 시간이 줄어들게 되면서 확산이 일어나기 힘들게 되고, 이로 인해 주사기로 뿌린 물이 형태를 유지하는 시간이 늘어나는 것으로 생각됩니다.
물이 진동을 하면서 우리 눈에는 보이지 않을 정도의 횟수와 크기로 파동을 일으키면서 물방울을 빠르게 때리면서 표면장력이 적용되지 못하게 일종의 방수역할을 하며 물방울을 밀어내는거 같습니다. 물방울 밑으로 주파수로 인한 파동들이 엄청난 속도로 지나간다면 표면장력이 적용되지 못할수도 있고 물에 떠있을 수도 있지 않을까 합니다. 예를 들어 파도가 출렁거릴 때 튜브를 타고 있으면 수직으로 올라갔다 내려가듯이 파도는 파장이 길고 느리기 때문에 우리가 수직으로 올라갔다가 내려가겠지만 만약 파도가 모든 방향에서 아주 빠르고 파장도 짧게 친다면 우리는 파도라는 파동의 마루부분에 머물러있지 않을까 하는 생각이 듭니다. 물론 이 예시는 모든 변수를 제외하고 본 상황입니다 (무게나 마찰계수 등) ,, 전부 뇌피셜이구요 제 생각일 뿐입니다,,ㅎㅎ
물방울과 표면 사이에 얇은 (100nm) 정도의 공기층이 존재하며, 이는 표면장력이 적용할 수 있는 범위 보다 깁니다. 문제는, 적절한 점도, 표면장력, 진동수가 합쳐져서 얇은 공기층이 그 이하로 얇아지기 전에 다시 튀어오르기 때문에, 꽤나 오랜 시간동안 방울을 유지 할 수 있습니다. 액체-기체간 계면의 불안정성이 faraday instability threshold 바로 아래에서 나타나기 때문에 생기는 현상이며, superwalking droplet 이라고도 불립니다. 적절한 점도와 표면장력은 재료와 직경으로 어느정도 조절 가능합니다 .실리콘 오일을 갖고 실험했을 경우, 1mm이하의 작은 방울들(normal superwalkers 라고 합니다 ) 은 표면에서 튀어오르듯이 움직이고, 그보다 훨씬 큰 친구들(~2mm. Jumbo Superwalkers 라고 합니다.)은 표면에 붙어있는것처럼 보이는 형태로 슬라임 평타맞듯이 움직입니다. 적절한 진동수는 해당 실험구간에서 스탠딩웨이브를 만들 수 있는 주파수면 됩니다. 그러니 액체층의 높이와 시스템 직경 등으로 조절 할 수 있겠군요. 추가 정보는 Rahil N. Valni et al, Superwalking Droplets Phys. Rev. Lett. 123, 024503 - Published 12 July 2019 을 참조하시면 좋겠습니다. 흥미로운 점은, 이 물방울들이 입자이자 파동이므로, 미시 양자세계에서나 볼 수 있는 거동들을 확인 할 수 있다는 점입니다. 단일 입자가 이중 슬릿을 통과할 때, 자기 자신의 파동과 간섭하여 회절무늬를 만드는 경우나, 넘어갈 수 없는 벽을 넘어가는 터널링 효과나, 서로 자신의 진동수로 진동하고있는 아인슈타인 격자, 심지어, 공간 내에 확률적 존재까지도 나타납니다. 추가 정보는 Daniel M. Harris and John W. M. Bush , The pilot-wave dynamics of walking droplets , Physics of Fluids 25, 091112 (2013) 을 참조하시면 좋겠습니다. 상당히 신기합니다. 해당 현상에 대한 전반적인 것을 알고싶다면 다음 리뷰논문을 추천드립니다. John W.M. Bush ,Pilot-Wave Hydrodynamics , Annu. Rev. Fluid Mech. 2015. 47:269-92 를 보시면 되겠습니다. 해당 현상의 전반적인 모델링을 알고싶다면 다음 리뷰논문을 추천드립니다. Turton, S. E.; Couchman, M. M. P.; Bush, J. W. M. , A review of the theoretical modeling of walking droplets: Toward a generalized pilot-wave framework , Chaos 28, 096111 (2018) 을 참조하시면 되겠습니다.
관련 지식은 별로 없지만 추측으로 한번 말해보면.. 물이 물리적으로 진동을 하면서 떨어지는 물방울과 충돌을 합니다. 그 과정에서 잔잔한 물이었다면 표면장력을 이기지 못하고 그대로 더 큰 물에 흡수되었을텐데 진동을 하는 물이기에 1초에 285번 진동을 하는 이유로 물방울과의 접촉 면적이 작아지게 될 것 같습니다. 접촉 면적이 작아지게 되면 표면장력을 계속 유지할 수 있게 되고 떠 있게 될 것 같아요.
접시 비누는 물의 표면 장력을 개선하여 물방울이 매달려 있는 상태를 유지하도록 돕는거고(안정성 증가) 진동은 물방울들이 표면과 합쳐지는 것을 막으면서 물방울들이 움직이는 것을 막습니다. 그 진동이 285Hz인거고요 여기서 굳이 285Hz를 쓸 필요는 없습니다. 이 효과는 Faraday waves입니다. 표면이 진동하는 게 물방울들이 서로 결합하는 것을 오랫동안 막아줍니다. 근데 얘도 한계치가 있다네요
전문가가 아니지만 제 생각에는 285hz의 특정 주파수를 주면 물의 파동이 mmm이렇게 겹쳐지면서 표면장력이 강하게 되는것 같습니다 예를들면 종이를MM자로 접으면 무거운 물체도 들어올릴 수 있는것 처럼 그래서 표면장력이 진동하지 않는 위에서 떨어지는 물방울보다 높아지기 때문에 물방울 형태가 유지되는것 같습니다 진동수가 더 높아지거나 낮아진다면 mmm처럼 있던게 mmvmnnmn이런식으로 빈공간도 생겨서 장력이 약한부분에 닿으면 스며드는것 같습니다
안녕하세요! 사물궁이책을 받고 싶어서 이 글을 쓰게된 과학을 좋아하는 6학년 학생입니다 저는 평소에도 과학을 좋아해서 관련된 영상을 많이보았습니다. 그래서 비슷한 과학실험영상을 많이보았지요. 저의 생각은 이러합니다. 스피커의 주파수를 받은물은 스피커와 같은 역할을 해 약한 주파수를 발생시켜 Tele kinesis(초음파 공중부양)과 비슷한 조건을 갖추어서 물방울이 물위에 뜰것이다. 위 내용을 뒷빋침하는 근거는 스피커의 주파수를 받은 물은 스피커의 역할을 해 Tele kinesis(초음파 공중부양)과 조건이 비슷해져서 뜰것입니다. Tele kinesis(초음파 공중부양)의 원리는 이러합니다 베르누이 원리를 잘이용하면 드라이기바람으로 탁구공을 띄울수 있습니다 이것은 공기의 높은압력을 이용한것입니다. Tele kinesis(초음파 공중부양)에 사용되는 초음파 스피커는 높은압력과 낮은압력이 주기적으로 교차가 됩니다. 이장치는 스피커가 위 아래로 달려있어 초음파 스피커와 초음파스피커로부터나오는 음파를 위 아래에 달려있는 반사판이 음파를 반사합니다 음파를 반사하며 둘사이의 배수만큼의 거리를 유지하고 진행파동과 반사판에 반사된 파동의 중첩을 통해 음파가 진행을 멈추고 제자리에서 크게변화하는 파동을 형성하게 되며 이것이 제자리에 유지되는 공기의 강한 압력차를 형성시켜 물체가 무엇이든 그안에 들어올수 있는 크기라면 물체가 공중에 뜨게됩니다 초음파스피커는 40hz입니다 그런데 스피커는 7.125배 더 큰 285hz이였습니다. 그이유는 이러합니다. 초음파스피커와 스피커는 높은압력과 낮은압력이 주기적으로 교차 합니다.그래서 처음에 과학자들은 공중부양장치를 만들었을때는 그냥스피커를 사용했습니다. 하지만 초음파스피커는 일반스피커보다 정교해서 40hz라는 주파수를 주어도 물체잘뜨는것입니다. 그래서 스피커에 초음파스피커보다 7.125배많은 285hz를 주는것이지요. 이것을 다 이해했다면 왜뜨는지 짐작이 될것입니다. 스피커의 285hz의 진동을 받은물은 285번 위 아래로 올라갔다 내려갔다를 반복합니다. 그러면 물도 스피커와 같은역할을 하고 물방울이 흡수가 안되고 뜨는것입니다. 물방울이 구슬모양을 유지하는 이유는 물은 점성을 가지고 있기때문입니다. 제발 사물궁이책을 받을수 있기를...
스피커의 진동에 의해 수표면에서 기화현상이 일어나고, 이로 인해 수표면과 물방울 사이에 수증기층이 만들어져서 나타나는 현상이 아닐까.. 생각됩니다.(초음파 가습기의 원리) 수증기층이 만들어지는 원리는 다르지만, 충분히 가열된 스텐레스 팬에 물방울을 뿌리면, 이 물방울이 팬에 퍼져 발려지지 않고, 또르르 굴러다니는데요. 같은 현상처럼 보입니다. 수증기층을 가장 잘 만들어낼 수 있는 진동수가 있을 것이구요~
음... 잘은 모르겠지만 어설픈 물리 지식으로 추측해봅니다. 스피커가 진동하면 물은 진동에 의해 튕겨서 위로 올라갔다가 내려오는 일종의 등가속도 운동을 하게 되죠. 그런데 그 가속도가 중력 가속도 g로 일정하니까 볼륨에 일정하면 올라갔다 내려오는데 걸리는 시간도 일정합니다. 그 시간이 285Hz를 갖는 음파의 진동주기와 같으면 물방울이 플레이트 위에 떠 있는 효과가 나타납니다. 물에 진동을 걸어주면 물 모든 부분이 아니라 특정 부분만 위로 솟는데, 그 위로 솟는 부분 주위로 물을 떨어뜨리면 물방울은 표면장력에 의해 주변의 물들을 끌여당기겠죠. 그래서 마치 연어알같은 모양이 나오는 것이고, 진동에 의해 각 솟는 부분을 중심으로 하여 여러 물방울들이 형성될 것 같습니다. 만약 물 모든 부분이 솟는다면 각 물방울들이 표면장력에 의해 전부 흡수되겠지만 이 경우에는 특정 위치에서만 물방울들이 형성되서 물방울간 거리가 상대적으로 멀기 때문에 각 물방울을 유지시키는 힘이 물방울과 물방울 사이가 흡수되게 하는 힘(거리가 멀수록 작아짐)보다 커서 그 물방울 모양이 유지되는 것이라 생각합니다.
물방울이 물 표면에 떨어져서 흡수되는경우는 물방울의 무게에 의해서 물방울과 표면의 공기가 밀려났을때 물방울과 표면이 접촉하며 표면에 흡수 되는건데 물방울이 물 표면에 흡수되지 않는건 물 표면이 285hz 로 표면이 진동하면서 물방울의 무게를 버틸수있을만큼의 공기가 잠시나마 사이에 형성되어서 아닐까요
진동에 의해서 물의 표면이 불안정해지는 원리입니다. 표면장력은 물질의 표면적을 최소화하기 위해 생긴다는 것은 모두 아실 겁니다. 그 이유는 물 분자 간의 인력(주로 수소 결합)이 공기와 물과의 인력보다 강하기에 물분자들 입장에서는 더 안정하기 때문입니다. 그런데 진동을 가하게 되면, 기존에 함께 있던 물분자들은 몰라도, 새롭게 떨어뜨린 물 분자와는 수소 결합을 생성하기 어려워집니다. 민바크님이 말씀하신 대로, 물이 불안정해지기 때문입니다. 이 때문에 새롭게 떨어진 물방울 입장에서는 밑에 있는 물과 수소결합을 하려고 애쓰기보다 자기들끼리 수소결합을 이루어 표면적을 최소화시키는 것이 더 안정합니다.(제가 분자들이 마치 지능이 있는 것처럼 이야기했지만, 실제로는 물질이 더 안정한 상태로 가는 것이 자발적이다라는 것을 비유해서 표현한 겁니다.)
물이 아니라 점성이 높은 액체를 두고 생각해보면 괜찮지 않을까요? 예를들어 비누방울 두개가 서로 붙었을 때 바로 하나의 큰 방울로 합쳐지는게 아니라 일정시간은 접촉은 되어있지만 따로 장력을 유지하고 있는 상태로 있는걸 본거같은데, 물의 경우 육안으로 확인하기 힘든 짧은 시간에 두 그룹이 합쳐지지만 그래도 합쳐지기위한 접촉시간은 존재한다고 가정한다면, 특정 주파수로 진동하는 물이 두 액체그룹 사이의 장력을 파괴하는데 필요한 접촉시간 사이에 물리적 간격을 유발한다면 방울의 형태를 유지하는게 가능하지 않을까 예상해봅니다. 해당 주파수보다 낮다면 접촉시간을 끊을 시간이 안만들어지고, 해당 주파수보다 높다면 진동이 가지는 에너지에의해 경계면이 더 쉽게 파괴되기때문에 특정 주파수에서만 작용을 하는게 아닐까도 예상해봅니다 ㅎㅎ
다른분도 말씀하셨다시피 285hz면 1초에 스피커에서 초당 285번 소리가 나는거와 같다고 간주를 했을때 대략 0.003초당 1회가 발생하죠 그때마다 물결이 발생하게 되는데 표면이 오돌토돌해지며 그 사이 공기층으로 인해 섞이지 않는걸로 보여요 연꽃이 비에 젖지않는 것과 비슷한 이유로 보입니다
개인적인 생각이지만 물분자가 진동하면서 물분자 사이의 공간이 막혀 다른 액채가 침투하지 못하게 되어 분리가 되는것같습니다 쉽게말하자면 어떤 물체가 좌우로 빠르게 이동하면 그중간에 물체가 통과를 못하고 부딪히는 것처럼 물분자가 빠르게 이동하면서 사이의 공간을 막고 있다고 생각합니다.
일반인입니다... 하나의 가설이라고 생각하고 적어보겠습니다. 물이 유리표면과 같은 고체에 떨어지면 표면장력에 의하여 동그란 모양을 유지합니다. 그러나 휴지에 물방울을 떨어뜨리면 흡수합니다. 결국 물방울이 생기는 이유는 흡수를 하지 못하기 때문입니다. 물의 표면이 매우 많이 진동하면서 물방울정도의 무게를 가진 물체를 연속적으로 튕겨내기 때문에 흡수가 되지 않아서 물방울의 형태를 유지하는것이 아닐까요? 물방울 외에 가볍지만 원래는 물에 가라 앉았던 물체를 띄워보면 알수있을거 같습니다
제가 보기에는 285hz의 진동이 물방울을 계속 팅겨주는 역활을 하기 때문에 유지가 된다고 봅니다. 동일액체를 표면장력만 다르게만들면 흡수성을 줄여 어느정도 저항력을 가진 상태가 되고 이런 상태에서 아래에있는 액체가 계속 변형한다면 흡수성이 극단적으로 떨어지고 위에 있는 액체가 떨어졌을 때의 형태를 저항력을 통해 유지할 수 있는 겁니다. 다만 표면장력에 따라 최적의 진동수가 다를 수 있기때문에 액체의 표면장력을 변화하는 것보다 진동수를 찾는게 효율적인 실험방법이 아닐까 라고 의견남겨봅니다.
물이 물방울과 합쳐지려면 물 분자끼리 닿아야하는데 이 실험에선 공기가 이를 방해하는 거라 추측해봅니다. 일반적이라면 공기가 밀도가 낮아 옆으로 쉽게 밀려나면서 물끼리 닿아 합쳐지겠지만 물을 빠르게 진동시키면서 물위의 공기가 순간적으로 압축되면서 닿기 직전의 물방울을 위로 튕겨내고 이를 반복하는 거 같습니다. 진동수가 너무 작아도 커도 공기가 제대로 압축되지 않아서 이 현상이 잘 일어나는 특정 진동수가 존재하게된 거라 추측해봅니다. 이 실험과 관련해서 물보다 표면장력이 낮거나 높은 물질은 어느 진동수에서 물방울이 잘 안사라지는지도 궁금하고, 제 가설을 증명하기위해 진공 상태에서 실험해볼수도 있을거 같습니다! 오랜만에 이런 재밌는 실험을 보다니 중학생때 생각나고 너무 좋네요ㅋㄷㅋㄷ
전 이 현상을 아주 간단하게 이해했는데요. 과알못이라 전문적이진 않습니다. 손바닥으로 물을 팍 치면 아프잖아요. 표면장력때문에 충돌이 성립이돼서 그런것인데 이건 진동때문에 표면장력으로 물수제비마냥 물방울의 표면장력을 바닥물의 표면장력이 튕기고 튕기는 것을 반복해서 저렇게 흡수가 안되는 것이 아닐까요? 정말 물수제비처럼요.
285Hz 주파수를 통해 물의 표면이 빠른속도로 진동하기때문에 기존에는 평평한 물의 표면장력이 떨어지는 물방울의 첫 부분에 작은면적으로 들어가기때문에 바로 흡수되는것 같습니다. 반대로 빠른속도로 진동하고있는 물의 표면은 떨어지는 물방울의 보다 많은 면적이 닿으며 표면장력힘으로 인해 흡수되지않고 있다가 순간진동의 차이로 인해서 어느순간 다시 들어가는것 아닐까요. 이런 댓글을 달아보는게 처음인지라 어휘력이 부족한거같네요 ㅠㅠ
제 생각은 진동을 주지 않았을 때는 물방울이 물과 다았을 때의 충격의 의해 표면장력이 터지면서 합처지는데 285Hz의 진동을 줬을 때 Faraday Instablity가 되면서 물방울의 표면이 물에 닿을 때 Faraday Instablity의 의해서 충격을 흡수하면서 물방울이 터지지 않고 버티는 것 같고요. 물방울이 가끔 터지는데 그 이유는 물의 진동이 물방울과 맞지않아 Faraday Instablity가 발동되지 않아서 터지는 것 같아요. 이건 제 생각일 뿐입니다. 제가 4학년이라 맞춤법이 틀렸다면 죄송합니다.
진동을 주지 않았을 때는 물방울이 물과 닿았을 때의 충격에 의해 표면장력이 약해져 합쳐지는 것 같습니다. 285Hz의 진동을 줬을 때 Faraday Instablity가 작용됩니다. 물방울이 수면에 닿았을 때 Faraday Instablity에 의해 충격이 흡수되면서 물방울의 표면장력이 약해지지 않고 버티는 것 같아요. 물방울이 가끔 물이랑 합쳐지게 되는데, 그 이유는 물의 진동이 물방울과 맞지않아 Faraday Instablity가 작용되지 않아서 터지는 것 같습니다. 이상 3년이 지난 중1입니다.
물 표면이 진동하고 있기 때문에 그 위에 떨어진 물방울이 밑의 물에 흡수되려는 힘보다 진동에 의해 밀려나는(bounced) 힘이 강해서 튕겨남. 주파수가 더 많이 높아지면 튕겨나는 물방울이 깨질 정도로 힘이 강해지고, 많이 낮아지면 미는 힘이 약해서 물방울이 흡수됨. 이게 저의 추론입니다.
발수 현상과 같은 현상입니다 . 물이 표면에 흡수될려면 그 표면과의 젖음성(wettability)가 좋아야합니다. 하지만 물에 진동을 주게 된다면 표면이 위아래로 흔들리면서 산맥같은 모양을 만들어요. 그럼 꼭대기 부분에서의 접촉면적이 매우 좁아지게 되어 자연스럽게 접촉각이 커지게 됩니다 . 즉 접촉각이 커지면 젖음성은 안좋아져서 표면은 낮은 계면에너지를 갖게되어 발수현상이 일어나게 됩니다. 라고 추측을 해볼게요 ㅎㅎ
망설이다 답변드립니다. 지난번에 믹서기로 물 끓이는 게 재미있어 같은 주제로 저도 영상을 만들어 올렸습니다. 가만히 있는 수면에 물방울을 떨어뜨려도 바로 합쳐지지 않고 물위에 떠있다가 합쳐지는 것을 볼 수 있습니다. 두 경계가 깨지는데 시간이 걸립니다. 물방울의 경계가 깨어지기 전에 수면의 반동으로 띵겨내면 점프하고 다시 내려와 접촉하는데 합쳐지기 전에 또 띵겨 올라가는..... 동적인 운동이라 보시면 됩니다. 간단히 표면장력 등 힘의 평형으로 설명하기 어려운 부분이 정상상태가 아닌 계속적으로 변화하는 복잡한 동적인 운동이기 때문입니다. 그리고 위에서 말한 것과 같이 조용한 수면 위에 물방울을 떨어뜨리면 수면 위에 떠있는 것을 볼 수 있으며, 합쳐질 때 작은 물방울이 다시 띵겨 올라오는 재밌는 현상도 볼 수 있을 것입니다....
08:43 아 안 돼...
?
오 찐 1분전 !
찐이다
ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ열심히 조사해주세요ㅋㅋㅋ
두둥등장!
정량적인 분석은 어렵지만 정성적 개념은 간단합니다. 논문 참고하세요^^
이유: 상하로 진동하는 수면과 물방울 사이에 아주 얇은 공기층이 형성되기 때문입니다.
부연설명: 아래 내용을 이해해야 합니다.
1. 물방울이 동그란 모양을 띠는 이유는 서로 인접한 물분자가 서로를 강하게 끌어당기기 때문이다. 이는 물방울의 표면적이 최소가 되려는 경향으로서 나타나고 '표면장력'이라 불린다.
2. 서로 다른 물방울이 서로 근접하여 물분자 사이에 공기분자가 사라질 정도가 되면 물분자 사이의 인력때문에 병합이 된다. 즉, 물분자 사이에 공기막이 형성되어 있으면 병합이 이뤄지지 않는다.
3. 수조를 진동시키는 진동수를 적절히 조절하면 수면상에 정상파 형태의 상하진동(물결)이 형성된다. 수심에 따라 달라지지만(수면파의 전파속력 변화때문에), 대체적으로 300 Hz 정도에서 수면파의 정상파 파장의 0.5배(마디 사이 간견)가 물방울의 크기와 비슷해지는데, 이때 진동하는 수면이 물방울을 감싸는 형태가 되고 물방울과 수면 사이의 얇은 공기층이 효과적으로 유지된다.
뜨거운 프라이팬 위에서 물방울이 오랫동안 돌아다니는 이유는 기화된 수증기에 의한 기체막이 액체방울과 고체표면 사이에 형성되는 현상(라이덴 프로스트 효과)때문이지만, 이 경우에는 액체 표면의 진동 때문에 공기막이 유지되는 경우라고 할 수 있겠네요.
물에서의 소리의 속력은 초속 1500미터로 아쉽지만 반파장이 2.5미터입니다. 재미있는 접근이지만 아무래도 설득력이 좀 부족한듯 합니다
지식이 늘어따
아시겠죠?
애 뭐래니?
대충이해했슴니다(이해1도못함)
물이 섹시하다
물이 섹시하다는건 무슨뜻일까
와우
1분전은 못참지
네?
라는 주제로 영화 한 편 만들어주세요
사물궁이님은 열심히 연구 중입니다.
ㅋㅋ
ㅎ..행동아 안돼!
오늘도 가스~
A급
행동이 ㅋㅋ
지나가던 물리과 대학원생입니다. 물방울이 떠있을 수 있는 이유는 되튀어오름 때문인데요. 민바크님이 보여주신 논문에서 물방울 간의 충돌이 서로 흡수가 되지 않고 되튀오른다는 실험을 인용합니다. 물론 천천히 부딛힌다면 두 물방울이 흡수가 되겠지만, 여러 조건이 만족했을 때는 튀어오릅니다. 진동하는 물표면은 이와 같은 충돌이 물방울과 물표면간에 반복적으로 일어난다고 생각할 수 있어요. 탱탱볼 혹은 물수제비 마냥 계속 튀어오르는 거죠. 논문에서는 액체방울이 튀어오를 때와 내려올 때를 각각 관찰해서 사진을 찍습니다. 모양이 다른 것을 분명히 확인할 수가 있어요. 진동이 아래 방향일 때 물방울은 원형이고 위쪽 방향일 때는 타웡형입니다. 이러한 되튀어오름 때문에 물방울이 공중에 떠있는 것이고 그 사이에 공기층이 유지될 수 있는 것이죠. 이에 대한 조건으로는 이론상 표면이 진동할 때의 가속도가 중력가속도를 넘겨야한다고 합니다.
민바크님께서 논문과 함께 물공중부양이 Faraday instability로 인한 것이라고 언급하셨는데 이는 논문의 요지와 다릅니다. 먼저 Faraday instability는 특정 주파수 이상에서 우리가 아는 단순한 정상파가 아닌 비선형 정상파를 보인다는 거에요. 논문에서 Faraday instability를 언급한 이유는 자기 논문의 특별한 점을 얘기하기 위해섭니다. 이전 논문에서는 Faraday instability가 있는 상태에서 실험을 했다는 거에요. 반면에 자기네 논문에서는 Faraday instability가 보이지 않는 보다 낮은 진동수에서도 실험을 성공을 했다는 것입니다. 이게 가지는 의미가 이전 논문에서는 비선형 효과들이 물방울 공중부양에 영향을 주는 것을 고려해야 하는데, 그런 요소가 사라지니 자기네 논문에서는 공기층에 대한 성질을 이해하기 쉽다는 것이죠. (그리고 해당 논문에서는 물을 사용한 것이 아니라 Silicon Oil을 사용했습니다.) 민바크님 사랑합니다. 오해 마세요!
아그러
2:15 퐁퐁은 계면활성제라서.. 표면장력을 약하게 해주는 것 아닌가요..??
그러게요..
인지용 보면서 으아했는데 표면장력 흝을때 퐁퐁 넣지않나?
6:40 충격량이 아니라 충격력이 감소하는거 아닌가욤 충돌시간이 증가해서..
충격량이 동일할때 충돌시간과 충격력은 반비례하니까 받으면서 뒤로 빼면 충돌시간이 증가하고 충격력은 감소..
I=F델타t
동일한 충격량시 충돌시간이 길어져서 충격력이 감소하는게 맞네요. 제가 설명을 잘못했습니다 ㅠㅠ
@@시현세상 속도 100km/h인 공을 붙잡아 0km/h로 낮추는것을 100만큼의 일을 한다라고 표현을 할 때
이 100의 일을 1초동안 해야할 때와 10초동안 할 때를 비교하면,
10초에 걸쳐 멈출 때 더 작은 힘을 써도 되겠죠?
반대로 1초만에 멈춰야 한다고 하면 그만큼 큰 힘을 써야되는거고요
숫자로 표현을 하면
10초에 걸쳐 잡을때는, 1초당 10의 힘을 내면 되고
1초만에 잡을때는, 1초당 100의 힘을 내야하고
이런 차이입니다 :D
이때 100의 일이라고 표현한것이 위에서 말한 충격량( 힘*가한시간 / F*t ) 로 정의할 수 있고
1초당 10, 1초당 100 이것은 그 순간의 충격력, 힘의 크기라고 정의할 수 있습니다. (위에 수식에서 F에 해당)
@@시현세상 원래 100만큼을 1초에 받아야 되는걸 팔을 뒤로 빼면서 10초동안 받으면 1초에 10 만큼 받은것과 같은거에용
@@시현세상 그러다보니까 공을 받았을때 손이 덜 아픈거죠 100 받아서 아플걸 10 을 받았으니까요
@@시현세상 충격량=충격력×충돌 시간
님이 똑같은 힘으로 던진 야구공을 받을 때 그냥 가만히 받는 것과 손이나 몸을 뒤로 빼는 것의 아픔의 정도가 다를 거에요.
여기서 충격력이 아픔의 정도라고 생각하고 손에 공이 충돌할 때의 시간이 충돌시간이라고 생각해보세요.
똑같은 힘으로 던진 공( *같은 충격량* )을 받을 때 가만히 받으면(충돌시간⬇️) 아프고(충격력⬆️) 뒤로 빼면서 받으면(충돌시간⬆️) 덜 아픕니다.(충격력⬇️)
물에 진동 줄때 물 표면이 저렇게 변하는게 ㄹㅇ 개아름답네
2D 라플라스 미분반정식의 과도해
확실친 않지만 제 생각에는 lotus effect에 의한 것 같습니다.
Lotus effect란 연꽃 잎의 표면의 구조가 오돌토돌해서 초소수성을 띠게 하는 효과인데, 이 영상과 상당히 유사해보였습니다.
물에 일정한 진동을 계속 가해주면서 물의 표면을 균일하게 울퉁불퉁하게 해주고 있는데,
그 표면 구조 때문에 초소수성을 띠게 되어 물방울이 떠있는 현상이 일어나는 것이라 생각합니다.
하지만 표면은 친수성이 굉장히 큰 물 입자로 이루어져 있고, 진동에 의한 표면 형성이기 때문에 완벽한 lotus effect에 비해 그 효과가 오래 지속되긴 어려울 것입니다.
아무리 진동을 주는 환경을 완벽하게 설계를 해도 미미하게라도 시간에 따라 표면의 구조에 변화는 있을 수 밖에 없고,
떠 있는 물방울, 떨어뜨리는 물방울에 의해서도 표면이 영향을 받기 때문에 결국 밸런스는 깨어지고 lotus effect의 효과가 사라질 때 물방울이 흡수되는 것이라 생각합니다.
그 원리로 물방울이 표면에 떠있는거라면 물방울끼리 만났을 땐 합쳐져야 되지 않음?
@@박준명-n8i 그건 생각 못했네요.
그냥 소수성 표면에 물방울이 떠 있는거면 물방울끼리 즉시 합쳐져야 하는게 맞는 것 같습니다.
그럼에도 영상 속에서는 그렇게 되지 않은 것은 아무래도 물방울에 그 이유가 있는 것 같습니다.
영상을 보면서 느낀게 물방울이 사라질 때 물에 흡수되는 느낌보다는 거품이 터지는 것 같은 느낌을 많이 받았는데요.
그 점에 착안하여 가설을 하나 세워보자면
먼저 엄청난 진동수를 받은 물의 표면은 용존기체량이 높을 것입니다.
따라서 물방울을 떨어트렸을 때, 물방울의 표면장력과 lotus effect로 얻는 약간의 소수성으로 버틸 수 있는 질량을 제외한 물방울 내부의 물은 아래로 흡수되고,
그 자리를 용존 상의 기체가 대체하면서 거품 형태로 변형되는 것 같습니다.
그렇게되면 거품끼리 만나는 즉시 합쳐지지 않는 것은 맞아떨어지겠네요.
만들어지는 것이 물방울일지 거품일지 구분할 수 있다면 좋겠는데,
바닥에 일정한 크기의 문양을 넣고 물방울을 통해 본 것과 물 표면을 통해 본 것의 크기를 비교해보면 될 것도 같네요.
물방울이면 볼록렌즈가 될 것이고 거품이면 중력에 의해 오목렌즈가 형성되어 있을테니까요. 다만 진동 때문에 물표면이 잔잔하지 않아 이미지가 흐릴 것이고 울퉁불퉁한 표면에 영향도 받으며, 그리고 물방울이 작기 때문에 비교가 쉽진 않을 것 같습니다.
어쩌면 바늘로 찔러서 곧바로 터지는지 여부를 확인해보는 것도 방법이 될 수 있겠네요.
@@hsk8247 님 지식 좀만 내 머리에 집어넣고싶다
2:30 음악이랑 박자가 딱딱 맞네요 ㅋㅋㅋ 노린건가
와 이런거 너무 좋아
오그러네ㅋㅋㅋㅋㅋ
@@넘버제로 프사 난줄,,
6:50 충격량은 감소하지 않습니다. 힘을 받는 시간이 늘어남에 따라 평균힘이 줄어들 뿐.
오오오ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
I=FT
I는 일정
T시간을 높여
F힘을 줄이는..
충격력을 그냥 오타낸거 같은데요
???? ????: 긱블이 해주겠죠?
이제는 역으로 바뀌넼ㅋㅋㅋㅋ
??: 사물궁이 잡학지식이 해주겠죠?
선 실험 후 이론 이보다 바람직한 과학 교육은 없다
@K. K. 당신 누구야 뭐야 당신
사물궁이: 공돌이가 만들어주겠죠?
긱블: 이론맨이 설명해주겠죠?
업보청산
ㅋㅋ
6:48 충격량 X 충격력 O
충격량은 어떻게하던지 일정하지만 물체가 충격하는 시간에 따라 충격력이 달라집니다^^
갓 수능친 물화는 이만 지나가겠습니당
참고로 F(델타)t
F는 힘이구요 델타t는 시간의 변량이라 생각하시면 되요
I(일정) = F(감소) × dt(증가)
네 잘읽었습니다. 그래서 뭐라는거죠??
엌 이거 통합과학
막의 진동은 기본적으로 크게 떨리는 곳과 떨리지 않는 곳이 나누어져있어요.
어떤느낌이냐면... 나비나 잠자리의 몸통을 잡으면 계속 날갯짓을 하는 느낌으로요.
거기 위에다 스티로폼 공을 하나 올려놓았다고 칩시다. 그럼 그 공은 날갯짓에 계속 부딪히면서 떠있겠죠?
그에 반해 스티로폼 공과 나비의 날개 또는 몸통이 닿는 시간은 현저히 적을거예요.
그렇다면, 떨리지 않는 곳에 물방울을 올려놓으면, 그 옆의 떨리는 곳이 물방울이 계속 떠있도록 쳐주는거 같아요.
(물론 실험영상 보고 든 생각입니다)
그런데, 막의진동은 주파수가 같을 때, 막의 모양에 따라 떨리는 곳의 위치가 달라져요. 사각수조에서도 똑같은 주파수에서 실험했을 때 된다면 막의 진동을 적용할 수 없겠죠! 전제를 부정하니까요.
논문을 살펴보니 몇몇 분들이 말씀하신대로 표면과 방울 사이에 얇은 공기층이 형성되기 때문이 맞는것 같습니다. 영상에서는 패러데이 불안정성을 이야기 했는데 이건 진동수가 높아짐에 따라 표면이 불안정해지면서 생기는 물결의 무늬에 좀더 초점이 맞춰진 말인것 같습니다. 논문에서는 walking droplets이란 표현을 사용합니다.
간단히 설명하자면, 방울이 튕기는 주기와 표면에서 만들어지는 정상파의 주기가 같기 때문에 방울이 표면에 닿기직전에 표면이 방울을 감싸는 형태가 되고, 따라서 공기층이 만들어지기 쉬워집니다.
여기서 계면활성제를 이용하는 이유는 방울과 표면이 쉽게 재결합 하지 못하게 하기 위함인데 이 때문에 더 오래동안 튀어오를 수 있습니다. 보통은 오일을 사용합니다.
제가 찾아보면서 정말 신기했던건 물방울이 파동의 앞쪽에 떨어지면서 상하로 튕김과 동시에 앞으로 나아가는 현상이 있는데 이 물방울의 움직임이 양자역학에서 나타나는 현상을 재현할 수 있다는 겁니다. 방울로 이중슬릿 실험을 했는데 스크린에 닿은 부분의 분포가 양자 이중슬릿 실험에서의 간섭무늬와 매우 비슷했다고 하고, 또 파동이 만들어낸 방울의 무질서한 움직임을 기록하여 이것을 확률밀도로 나타냈더니 원자에 묶인 전자 위치의 확률밀도와 비슷하게 나온다고 하네요.
정말 신기하지않나요? 영상올려주신 덕에 정말 새롭고 신기한 사실 배우고 갑니다.
혼자 카메라 보고 얘기 할 때 긴장하셔서 그런지
목소리 텐션은 높은데 표정은 무표정이셔서 더빙같이 느껴져오
옆에 사람있으면 되게 표정 자연스러우신데
6:52 충격량은 그대로고 충격력이 줄어드는거 아닌가요?
맞아용
충격량은 전체적인 총량의 평균이라 변하지 않지만 충격력은 순간적이고 연속적인 힘의 크기라 힘을 받는 시간에 따라 달라질 수 있죠
아 잠시만 받는 힘의 평균이 뭐였지..;;
6:47 모든 이과생들이 움찔하는 구간
ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㄲㄱㅋ 충격량->받는 힘의 평균
충격량이 아닌데...충격력 크흠...
..ㅎ
갓직히 그 정도는 문과생도 알듯 ㅋㅋ
콘크리트 바닥과 푹신푹신한 바닥
1.물이아닌 것(예:연잎)
소수성
물과친하지 않아 물 알갱이와 쉽게 결합하지 않는것을 소수성이라고 합니다.소수성 물질은 물과 섞이지않으며 물에 젖지도 않습니다. 그래서 물이 진동할때 소수성이 되는가를 생각해보니 어디서도 물이진동할때 소수성이 된다.라는 말은 없더라구요 그래서 다시한번 생각해보았습니다
이젠 표면장력에 대해 찾아보았습니다
표면장력은 액체의 표면이 스스로 수축하여 최대한 작은 면적을 취하려는 힘의 성질을 말하며, 계면장력의 일종이라고합니다.
여기서 떠오른 생각은 ?였습니다 대체 왜 떠다니는 것인가.
그래서 결국 화학적이론 대입은 못시켰지만 나름대로 결론을 내보았습니다.
285Hz로 진동을 냈을때 물의 표면이 불규칙한(매끄럽지않은)상태가 됩니다. 그때 물의 표면이 오돌토돌한 상태가 되면서 물이 흡수될 수 없는 정도의 면적에서 물방울이 튕겨지는게 아닐까 하는 생각이 듭니다.
아참 그리고 06:40초 부근에서 충격량이 아닌 충격력이감소하는게 아닌가 조심스레...
-부가설명-
만약 충격량이 동일한상태라면 충돌시간과 충격력이 반비례하는것을 생각해보면 받을때 손을 뒤로 빼게되면 충돌시간이 길어지고 충격력은 감소할 것입니다.
이상 지나가는 학생이었습니다...
이거다!!!!
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드디어 사물궁이가 해주겠죠? 가 나왔다 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
긱블의 복수(?)
표면이 오돌터돌한 상태라 그런것 같습니다
방수 코딩도 스프레이 입자를 통해 표면이 오돌토돌 해지니까 비슷한 원리 아닐까요??
아니면 표면이 물이 흡수될수 없을정도의 면적으로 오돌토돌해져서 물방울이 흡수될 틈을 못찾는거 같아요
큰 상관은 없습니다. 발수 코팅은 기본적으로 소수성 물질이기 때문에 미세하게 오목한 구조로 만들면 표면적이 증가해 표면장력의 증가로 에너지가 높아지게 되어 떨어지는 것이고, 이 경우는 표면과 물방울이 별도의 표면장력이 없는 동일물질이라 표면적이 넓어지면 오히려 잘 들러붙게 됩니다.
이 실험의 핵심은 물방울이 수면에 부착되어 표면적이 충분히 넓어지기 전에 넓어진 표면적만큼 다시 줄이기 위한 외력을 물방울에 가해줄 수 있는가 입니다.
물이 진동할때 생기는 모양 때문에 물방울이 떨어졌을때 진동하는 물과의 접촉면이 줄어들어 표면 장력이 극대화 되는거 같네요 또 285Hz가 표면장력을 극대화 시켜주는 가장 적절한 주파수 인거 같고요
사물궁이가 해주겠죠...?
물방울이 물표면으로 들어가려면 물표면이 원래 가지고 있던 상태에 변화를 주게 되는데, 물표면은 진동을 하는 상태이고 물방울이 들어가려면 그 진동에 변화를 줘야하지만 물방울이 변화를 주기에는 물방울이 가지고 있는 에너지가 부족하기 때문에 못 들어가고 표면에 떠있는 거 아닐까요
음... 수식으로 계산해보지 않았지만 표면의 떨림으로 생기는 파동 위에 물방울이 얹히면서 기존의 잔잔한 표면보다 접촉면이 작아지면서 물방울 자체의 인력이 더 우세한 경우라고 추측은 됩니다만... 계산은 역시 사물궁이님께 토스합니다!
이유: 상하로 진동하는 수면과 물방울 사이에 아주 얇은 공기층이 형성되기 때문입니다.
1. 물방울이 동그란 모양을 띠는 이유는 서로 인접한 물분자가 서로를 강하게 끌어당기기 때문입니다. 이는 물방울의 표면적이 최소가 되려는 경향으로서 나타나고 '표면장력'이라 불립니다.
2. 서로 다른 물방울이 서로 근접하여 물분자 사이에 공기분자가 사라질 정도가 되면 물분자 사이의 인력때문에 병합이 됩니다. 즉, 물분자 사이에 공기막이 형성되어 있으면 병 합이 이뤄지지 않습니다.
3. 수조를 진동시키는 진동수를 적절히 조절하면 수면상에 정상파 형태의 상하진동(물결)이 형성됩니다. 수심에 따라 달라지지만(수면파의 전파속력 변화때문에), 정상파 파장의0.5배(마디 사이 간격)가 물방울의 크기와 비슷해지는데, 이때 진동하는 수면이 물방울을 감싸는 형태가 물방울과 수면 사이의 얇은 공기층이 효과적으로 유지됩니다.
뜨거운 프라이팬 위에서 물방울이 오랫동안 돌아다니는 이유는 기화된 수증기에 의한 기체막이 액체방울과 고체표면 사이에 형성되는 현상(라이덴 프로스트 효과)때문이지만, 이 경우에는 액체 진동의 표면의 진동 때문에 공기층이 유지되는 경우라고 할 수 있을 것 같습니다.
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@@geekblekr 와! 감사합니다!
6:47 충격량이 아니라 충격력이 감소하는것 아닌가요??
공을 받는 충격량은 같지만 충돌시간이 늘어나 충격력이 줄어드는걸로 알고 있어요ㅎㅎ
ㅋㅋ
I=Ft...
물1 ㄷㄷ
충격량은 총 받는 충격의 양이고 충격력은 한 순간에 받는 힘이기에 시간이늘어날수록 충격량/시간 같은 공식에 의해 줄어드는건가요..? 아직 중학생이라 이해가..
@@gunhwijang5239 I=Ft가 공식인데요 I는 일정합니다 근데 여기서 받는 시간 즉 t가 증가하면 I는 일정하기 때문에 F가 줄어듭니다 이때 F가 충격력이고요. 예를 들면 10(I)=10(F)x1(t) 입니다 t를 늘려보면 10(I)=5(F)×2(t) F가 10에서 5로 줄어들었습니다. 이런식으로 적용되는겁니다
.+ 실생활에는 자동차 범퍼, 공을 받을 때 순간적으로 뒤로 캐치하기, 등등 있습니다.
개인적인 생각으로는
물이 빠르게 진동하면서 표면이
매끄럽지 못하고 계속해서 불규칙한
형태의 표면을 띠고 있기에 그 상태에서
색소가 섞인 물을 떨어뜨리면
안정적이지 못한 표면에서 색소는
흡수되려고 하는데 진동에 따라 계속해서
형태가 바뀌는 탓에 표면장력에 의해서
물방울의 형태로 유지되는 게 아닌가 싶습니다.. 그러다 3:54와 같이
상대적으로 표면이
조금이라도 안정적인 곳이 생기면 그 방향으로 색소가 침투하여 스며들어가는게 아닌가...하는 생각을 해봅니다. 오늘도 신기한 영상 감사합니다.
저거 논문 읽어보고 싶은데...혹시 출처? 사이트 알려주실수 있나요?
구글 학술 검색 들어가서 from bouncing to floating이라고 검색했을 때 보이는 첫번째 논문입니다
ㄸ
퐁퐁을 넣지말고 순수 물에다가 색소만 타서 실험했으면 어떨까 싶네요
원리는 물을 흡수하는재질의 옷이라도 털실로짜진 울퉁불퉁한 옷은 물방울이 겉에 맺힐뿐 흡수되지는않으니 그 비슷하게
물의 표면이 울퉁불퉁하게되어서 흡수되지않고 표면에 맺힌상태로 유지되게 되는거같습니다
오 그럴수도 있겠네요
2:15 퐁퐁을 넣으면 표면장력 약해집니다. 영상 정보가 잘못되있네요.
왜 약해지죠? 강해지는걸로 배웠는데..
@@안녕-u1n 퐁퐁의 계면활성제 성분이 표면장력을 약하게 만듭니다.
@@JM-ub4gv ㅇㅎ
표면장력은 표면을 늘리기 위해 필요한 에니지로, 표면장력이 작아야 형태유지가 쉽습니다. 표면장력이 크다면 표면적을 최소화하기 위해 비커 속의 물과 합쳐지려고 할거에요
@@zxcv225 표면장력은 힘입니다. 에너지가 아니고.. 단어 자체에 역(력, 力)이 있잖아요; 그리고 표면을 최대한 줄일려고 하는 힘인데 그렇게 함으로써 표면적을 최대화시킵니다. 그래서 표면장력이 크면 표면적을 최소화하기 위해 라는 말도 틀렸고요
긱블님. 앰프 옆의 고정장치 없이 실험하셨을때, 색소탄 물 말고서 그냥 물방울로 실험해 보셨나요?
아마 퐁퐁과 색소를 집어넣으면서 색소탄 물의 물성이 변화해서 기존에 보신 영상과 결과가 다르게 나온거 같은다고 추측됩니다.
그래서 앰프 개량한 장치로 실험했을때, 옆의 박스로 부터 반사된 파동과 앰프 자체의 파동이 중첩되어서 수면에서의 Hz가 285Hz보다 커졌을거 같네요.
그래서 색소탄 물이 더 오래 유지가 된것 같고요.
아마 개량한 앰프에서 Hz를 지금만 더 올리면 영상처럼 물방울이 반영구적으로 유지되듯이, 색소탄 물도 유지될 걸로 사료됩니다.
최초의 앰프로도 285Hz보다 좀 많이 높이 올리면 색소탄물이어도 가능할거라고 생각합니다.
추가 실험영상 부탁드려요!!
민바크님 머리 스타일 바꾸셨네요 완전 잘 어울리심
뇌피셜이긴한데 약간 그런느낌 아니에요? 비요뜨 뚜껑에 무슨 돌기처럼 있잖아요 그거랑 비슷한 느낌으로...? 방수 패딩이나 이런거 보면 돌기 그런 작용을 하는거 아닐까요?
이거 멍때리면서 볼수있게 10분영상 만들어주면 좋겠다 (긱블이 해주겠지)
이건 아닌데 좀 비슷해보이는 실험이 있어요.
하버드대 자연과학 영어로 치시면 유툽채널 나오는데 Sonic 을 이용한 revitation 실험이 있더라구요. 원리는 standing wave를 만들고 high pressure 로 종이 쪼가리 같은걸 띄우더라구요.
그것도 직접 해서 보여주시면 좋을것 같아용
제가 생각한 원리는:
원래 물은 약간 아주 미세하게 진동하긴 하지만, 평평하다고 볼때 다른 물방울이 떨어지면서 닿을 수 있는 표면이 균일해서 서로 붇자마자 끌어당겨서 들어가는데, 저렇게 진동이 있으면, 아주 조금씩 진동으로 올라간 물 표면이 닿고, 또 아주 잠깐 있으면 끌어당기기도 전에 진동때매 그게 다시 들어가고 하는걸 반복해서 그런것 같습니다.
일반인으로선 그게 최선이네요 ㅎㅎ
우선 페트리접시의 물에 퐁퐁을 타면 페트리접시의 표면장력이 약해지게 되고, 페트리접시의 물 표면장력 < 주사기 물 표면장력이 되어서 주사기 물이 둥근 형태를 더 잘 유지할 수 있게 해줍니다. 그렇지만 가만히 두면 확산 때문에 페트리접시의 계면활성제가 주사기로 뿌린 물방울에 섞이게 되고, 이로 인해 표면장력이 약해지면서 물방울을 유지하기 힘들어집니다. 실험에서 보면 페트리접시 위의 물이 정상파를 이루는 것을 볼 수 있는데, 페트리접시의 물 표면이 정상파형으로 진동하면서 페트리접시의 물과 주사기로 뿌린 물이 접촉하는 시간이 줄어들게 되면서 확산이 일어나기 힘들게 되고, 이로 인해 주사기로 뿌린 물이 형태를 유지하는 시간이 늘어나는 것으로 생각됩니다.
우리는 잘 참을수있습니다
우리는 잘 참을수있습니다는 못참지
물이 진동을 하면서 우리 눈에는 보이지 않을 정도의 횟수와 크기로 파동을 일으키면서 물방울을 빠르게 때리면서 표면장력이 적용되지 못하게 일종의 방수역할을 하며 물방울을 밀어내는거 같습니다. 물방울 밑으로 주파수로 인한 파동들이 엄청난 속도로 지나간다면 표면장력이 적용되지 못할수도 있고 물에 떠있을 수도 있지 않을까 합니다. 예를 들어 파도가 출렁거릴 때 튜브를 타고 있으면 수직으로 올라갔다 내려가듯이 파도는 파장이 길고 느리기 때문에 우리가 수직으로 올라갔다가 내려가겠지만 만약 파도가 모든 방향에서 아주 빠르고 파장도 짧게 친다면 우리는 파도라는 파동의 마루부분에 머물러있지 않을까 하는 생각이 듭니다. 물론 이 예시는 모든 변수를 제외하고 본 상황입니다 (무게나 마찰계수 등) ,, 전부 뇌피셜이구요 제 생각일 뿐입니다,,ㅎㅎ
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물방울과 표면 사이에 얇은 (100nm) 정도의 공기층이 존재하며, 이는 표면장력이 적용할 수 있는 범위 보다 깁니다. 문제는, 적절한 점도, 표면장력, 진동수가 합쳐져서 얇은 공기층이 그 이하로 얇아지기 전에 다시 튀어오르기 때문에, 꽤나 오랜 시간동안 방울을 유지 할 수 있습니다. 액체-기체간 계면의 불안정성이 faraday instability threshold 바로 아래에서 나타나기 때문에 생기는 현상이며, superwalking droplet 이라고도 불립니다.
적절한 점도와 표면장력은 재료와 직경으로 어느정도 조절 가능합니다 .실리콘 오일을 갖고 실험했을 경우, 1mm이하의 작은 방울들(normal superwalkers 라고 합니다 ) 은 표면에서 튀어오르듯이 움직이고, 그보다 훨씬 큰 친구들(~2mm. Jumbo Superwalkers 라고 합니다.)은 표면에 붙어있는것처럼 보이는 형태로 슬라임 평타맞듯이 움직입니다.
적절한 진동수는 해당 실험구간에서 스탠딩웨이브를 만들 수 있는 주파수면 됩니다. 그러니 액체층의 높이와 시스템 직경 등으로 조절 할 수 있겠군요. 추가 정보는 Rahil N. Valni et al, Superwalking Droplets Phys. Rev. Lett. 123, 024503 - Published 12 July 2019 을 참조하시면 좋겠습니다.
흥미로운 점은, 이 물방울들이 입자이자 파동이므로, 미시 양자세계에서나 볼 수 있는 거동들을 확인 할 수 있다는 점입니다.
단일 입자가 이중 슬릿을 통과할 때, 자기 자신의 파동과 간섭하여 회절무늬를 만드는 경우나,
넘어갈 수 없는 벽을 넘어가는 터널링 효과나,
서로 자신의 진동수로 진동하고있는 아인슈타인 격자,
심지어, 공간 내에 확률적 존재까지도 나타납니다. 추가 정보는 Daniel M. Harris and John W. M. Bush , The pilot-wave dynamics of walking droplets , Physics of Fluids 25, 091112 (2013) 을 참조하시면 좋겠습니다. 상당히 신기합니다.
해당 현상에 대한 전반적인 것을 알고싶다면 다음 리뷰논문을 추천드립니다. John W.M. Bush ,Pilot-Wave Hydrodynamics , Annu. Rev. Fluid Mech. 2015. 47:269-92 를 보시면 되겠습니다.
해당 현상의 전반적인 모델링을 알고싶다면 다음 리뷰논문을 추천드립니다. Turton, S. E.; Couchman, M. M. P.; Bush, J. W. M. , A review of the theoretical modeling of walking droplets: Toward a generalized pilot-wave framework , Chaos 28, 096111 (2018) 을 참조하시면 되겠습니다.
오오오 신기하네요 리뷰 꼭 읽어보겠습니다.
관련 지식은 별로 없지만 추측으로 한번 말해보면..
물이 물리적으로 진동을 하면서 떨어지는 물방울과 충돌을 합니다. 그 과정에서 잔잔한 물이었다면 표면장력을 이기지 못하고 그대로 더 큰 물에 흡수되었을텐데 진동을 하는 물이기에 1초에 285번 진동을 하는 이유로 물방울과의 접촉 면적이 작아지게 될 것 같습니다. 접촉 면적이 작아지게 되면 표면장력을 계속 유지할 수 있게 되고 떠 있게 될 것 같아요.
물과 물방울 사이에 공기층이 형성되기 때문이라고 생각합니다. 물방울과 물은 공기층이 빠져나가기 전까지 분리된 상태로 있을 것입니다. 그걸 유지하게 만드는 힘은 물의 표면장력과 공기층의 부력일 것 같습니다.
자세한 내용은
사물궁이님이 해주겠죠??
어렸을때 어린이집에서 동그란 천을 여럿이서 잡고 그 천위에 공을 올려 천을 흔들면 공이 튀어오르잖아요?
그 천으로 하던 그 놀이랑 비슷한것같은데요?
천=물
천을 흔드는것=진동
공=물방울
전혀모르지만 왠지 표면이 미세하게 울긋불긋해져서 방수가되는 소재처럼 물자체가 방수가되는것 아닌가...
접시 비누는 물의 표면 장력을 개선하여 물방울이 매달려 있는 상태를 유지하도록 돕는거고(안정성 증가)
진동은 물방울들이 표면과 합쳐지는 것을 막으면서 물방울들이 움직이는 것을 막습니다.
그 진동이 285Hz인거고요 여기서 굳이 285Hz를 쓸 필요는 없습니다.
이 효과는 Faraday waves입니다.
표면이 진동하는 게 물방울들이 서로 결합하는 것을 오랫동안 막아줍니다.
근데 얘도 한계치가 있다네요
사물궁이님은 긱블에 영상이 올라올때마다 식겁하실겁니다 ㅋㅋㅋㅋㅋ
전문가가 아니지만 제 생각에는
285hz의 특정 주파수를 주면
물의 파동이 mmm이렇게 겹쳐지면서
표면장력이 강하게 되는것 같습니다
예를들면 종이를MM자로 접으면 무거운 물체도 들어올릴 수 있는것 처럼
그래서 표면장력이 진동하지 않는
위에서 떨어지는 물방울보다 높아지기 때문에 물방울 형태가 유지되는것 같습니다
진동수가 더 높아지거나 낮아진다면 mmm처럼 있던게 mmvmnnmn이런식으로 빈공간도 생겨서 장력이 약한부분에 닿으면 스며드는것 같습니다
그냥 직관적으로 딱 드는 생각은
285hz의 진동을 통해 물 표면에 일정 패턴이 만들어지는데 패턴에 의해서 물방울과 닿는 면적이 적어지게 될거같습니다.
즉, 물방울 하나의 표면장력 > 물방울과 물이 합쳐지는 힘
그래서 합쳐지지않고 물방울이 유지되는듯 합니다.
안녕하세요!
사물궁이책을 받고 싶어서 이 글을 쓰게된 과학을 좋아하는 6학년 학생입니다 저는 평소에도 과학을 좋아해서 관련된 영상을 많이보았습니다.
그래서 비슷한 과학실험영상을 많이보았지요.
저의 생각은 이러합니다.
스피커의 주파수를 받은물은 스피커와 같은 역할을 해 약한 주파수를 발생시켜 Tele kinesis(초음파 공중부양)과 비슷한 조건을 갖추어서 물방울이 물위에 뜰것이다.
위 내용을 뒷빋침하는 근거는 스피커의 주파수를 받은 물은 스피커의 역할을 해 Tele kinesis(초음파 공중부양)과 조건이 비슷해져서 뜰것입니다.
Tele kinesis(초음파 공중부양)의 원리는 이러합니다 베르누이 원리를 잘이용하면 드라이기바람으로 탁구공을 띄울수 있습니다 이것은 공기의 높은압력을 이용한것입니다.
Tele kinesis(초음파 공중부양)에 사용되는 초음파 스피커는 높은압력과 낮은압력이 주기적으로 교차가 됩니다.
이장치는 스피커가 위 아래로 달려있어 초음파 스피커와 초음파스피커로부터나오는 음파를 위 아래에 달려있는 반사판이 음파를 반사합니다 음파를 반사하며 둘사이의 배수만큼의 거리를 유지하고 진행파동과 반사판에 반사된 파동의 중첩을 통해 음파가 진행을 멈추고
제자리에서 크게변화하는 파동을 형성하게 되며 이것이 제자리에 유지되는 공기의 강한 압력차를 형성시켜 물체가 무엇이든 그안에 들어올수 있는 크기라면 물체가 공중에 뜨게됩니다
초음파스피커는 40hz입니다 그런데 스피커는 7.125배 더 큰 285hz이였습니다. 그이유는 이러합니다. 초음파스피커와 스피커는 높은압력과 낮은압력이 주기적으로 교차 합니다.그래서 처음에 과학자들은 공중부양장치를 만들었을때는 그냥스피커를 사용했습니다.
하지만 초음파스피커는 일반스피커보다 정교해서 40hz라는 주파수를 주어도 물체잘뜨는것입니다. 그래서 스피커에 초음파스피커보다 7.125배많은 285hz를 주는것이지요.
이것을 다 이해했다면 왜뜨는지 짐작이 될것입니다. 스피커의 285hz의 진동을 받은물은 285번 위 아래로 올라갔다 내려갔다를 반복합니다. 그러면 물도 스피커와 같은역할을 하고 물방울이 흡수가 안되고 뜨는것입니다.
물방울이 구슬모양을 유지하는 이유는 물은 점성을 가지고 있기때문입니다.
제발 사물궁이책을 받을수 있기를...
열심이 했다^^
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@@geekblekr 정말 감사합니다. ^^
스피커의 진동에 의해 수표면에서 기화현상이 일어나고, 이로 인해 수표면과 물방울 사이에 수증기층이 만들어져서 나타나는 현상이 아닐까.. 생각됩니다.(초음파 가습기의 원리)
수증기층이 만들어지는 원리는 다르지만, 충분히 가열된 스텐레스 팬에 물방울을 뿌리면, 이 물방울이 팬에 퍼져 발려지지 않고, 또르르 굴러다니는데요. 같은 현상처럼 보입니다. 수증기층을 가장 잘 만들어낼 수 있는 진동수가 있을 것이구요~
음... 잘은 모르겠지만 어설픈 물리 지식으로 추측해봅니다.
스피커가 진동하면 물은 진동에 의해 튕겨서 위로 올라갔다가 내려오는 일종의 등가속도 운동을 하게 되죠. 그런데 그 가속도가 중력 가속도 g로 일정하니까 볼륨에 일정하면 올라갔다 내려오는데 걸리는 시간도 일정합니다. 그 시간이 285Hz를 갖는 음파의 진동주기와 같으면 물방울이 플레이트 위에 떠 있는 효과가 나타납니다. 물에 진동을 걸어주면 물 모든 부분이 아니라 특정 부분만 위로 솟는데, 그 위로 솟는 부분 주위로 물을 떨어뜨리면 물방울은 표면장력에 의해 주변의 물들을 끌여당기겠죠. 그래서 마치 연어알같은 모양이 나오는 것이고, 진동에 의해 각 솟는 부분을 중심으로 하여 여러 물방울들이 형성될 것 같습니다. 만약 물 모든 부분이 솟는다면 각 물방울들이 표면장력에 의해 전부 흡수되겠지만 이 경우에는 특정 위치에서만 물방울들이 형성되서 물방울간 거리가 상대적으로 멀기 때문에 각 물방울을 유지시키는 힘이 물방울과 물방울 사이가 흡수되게 하는 힘(거리가 멀수록 작아짐)보다 커서 그 물방울 모양이 유지되는 것이라 생각합니다.
물방울이 물 표면에 떨어져서 흡수되는경우는
물방울의 무게에 의해서 물방울과 표면의 공기가 밀려났을때 물방울과 표면이 접촉하며 표면에 흡수 되는건데
물방울이 물 표면에 흡수되지 않는건
물 표면이 285hz 로 표면이 진동하면서 물방울의 무게를 버틸수있을만큼의 공기가 잠시나마 사이에 형성되어서 아닐까요
사물궁이님이 해주시겠죠?ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
뭔가 고유주파수랑 관련이 있지 않을까 싶은데
스피커의 진동에 의해 공기층이 형성되어 흡수되지 않고, 물의 표면장력 때문에 물방울끼리도 합쳐지지 않는거랍니다.
꿀팁:집에서 하면 엄마한테 등짝스매싱 맞을수있음
정답~
내 자식 꿈이 과학자라도 무식한 부모는 그러겠지?
@@righthanded2280 정답~
@@righthanded2280 솔직히 일반적인 부모님들은 다 그러시죠
대신 등짝이 285hz로 진동하겠네요
공고..간 이유 긱블영상보고 기계쪽 전기쪽 가고싶단생각들었는데 가길 잘한거같아요 재밌기도하고 그냥 적성이맞아요 ㅋㅋㅋ
진동에 의해서 물의 표면이 불안정해지는 원리입니다. 표면장력은 물질의 표면적을 최소화하기 위해 생긴다는 것은 모두 아실 겁니다. 그 이유는 물 분자 간의 인력(주로 수소 결합)이 공기와 물과의 인력보다 강하기에 물분자들 입장에서는 더 안정하기 때문입니다. 그런데 진동을 가하게 되면, 기존에 함께 있던 물분자들은 몰라도, 새롭게 떨어뜨린 물 분자와는 수소 결합을 생성하기 어려워집니다. 민바크님이 말씀하신 대로, 물이 불안정해지기 때문입니다. 이 때문에 새롭게 떨어진 물방울 입장에서는 밑에 있는 물과 수소결합을 하려고 애쓰기보다 자기들끼리 수소결합을 이루어 표면적을 최소화시키는 것이 더 안정합니다.(제가 분자들이 마치 지능이 있는 것처럼 이야기했지만, 실제로는 물질이 더 안정한 상태로 가는 것이 자발적이다라는 것을 비유해서 표현한 겁니다.)
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팡님 별고래님의 이중슬릿 설명도 해주세요!!!
물리학자가 아니라 잘 모르겠지만, 여기 나온 논문 살짝 읽으니까, 진동때문에 물방울과 물 사이에 공기층이 생겨서 물방울이 떠있는거라고 하더라구요. 위 아래로 움직이는 진동이면 물방울은 계속 물위에 떠있을수 있다고 써있습니다, 공기층이 계속 생기기떄문이래요.
물이 아니라 점성이 높은 액체를 두고 생각해보면 괜찮지 않을까요? 예를들어 비누방울 두개가 서로 붙었을 때 바로 하나의 큰 방울로 합쳐지는게 아니라 일정시간은 접촉은 되어있지만 따로 장력을 유지하고 있는 상태로 있는걸 본거같은데, 물의 경우 육안으로 확인하기 힘든 짧은 시간에 두 그룹이 합쳐지지만 그래도 합쳐지기위한 접촉시간은 존재한다고 가정한다면, 특정 주파수로 진동하는 물이 두 액체그룹 사이의 장력을 파괴하는데 필요한 접촉시간 사이에 물리적 간격을 유발한다면 방울의 형태를 유지하는게 가능하지 않을까 예상해봅니다. 해당 주파수보다 낮다면 접촉시간을 끊을 시간이 안만들어지고, 해당 주파수보다 높다면 진동이 가지는 에너지에의해 경계면이 더 쉽게 파괴되기때문에 특정 주파수에서만 작용을 하는게 아닐까도 예상해봅니다 ㅎㅎ
다른분도 말씀하셨다시피 285hz면 1초에 스피커에서 초당 285번 소리가 나는거와 같다고 간주를 했을때 대략 0.003초당 1회가 발생하죠 그때마다 물결이 발생하게 되는데 표면이 오돌토돌해지며 그 사이 공기층으로 인해 섞이지 않는걸로 보여요 연꽃이 비에 젖지않는 것과 비슷한 이유로 보입니다
좋은 초콜릿을 사면 격자모양의 칸이 있는 상자에 동그란 초콜릿이 하나씩 들어있잖아요? 왠지 주파수와 진동이 그런 격자칸을 만들어주기 때문에 물방울이 격자에 편하게 안착하고 있는? 그런 게 아닐까 지껄여봅니다 ㅎ
개인적인 생각이지만 물분자가 진동하면서 물분자 사이의 공간이 막혀 다른 액채가 침투하지 못하게 되어 분리가 되는것같습니다 쉽게말하자면 어떤 물체가 좌우로 빠르게 이동하면 그중간에 물체가 통과를 못하고 부딪히는 것처럼 물분자가 빠르게 이동하면서 사이의 공간을 막고 있다고 생각합니다.
찾아보지 않고 제 생각을 정리해보면.
트램펄린이랑 비슷한 원리지 않을까 생각해요. 진동하지않는 트램펄린은 사람이 올라가면 꺼지지만 강한 진동이나 반력이있으면 튀어올라가니까 285hz를 넘어서면 물이 표면장력을 깨지는 힘보다 그정에 튀어오르는거 아닐까 싶네용
너무 예뻐요 물방울이
일반인입니다...
하나의 가설이라고 생각하고 적어보겠습니다.
물이 유리표면과 같은 고체에 떨어지면 표면장력에 의하여 동그란 모양을 유지합니다. 그러나 휴지에 물방울을 떨어뜨리면 흡수합니다. 결국 물방울이 생기는 이유는 흡수를 하지 못하기 때문입니다. 물의 표면이 매우 많이 진동하면서 물방울정도의 무게를 가진 물체를 연속적으로 튕겨내기 때문에 흡수가 되지 않아서 물방울의 형태를 유지하는것이 아닐까요? 물방울 외에 가볍지만 원래는 물에 가라 앉았던 물체를 띄워보면 알수있을거 같습니다
사물궁이님 안해주면 ㄹㅇ 긱블 뻘줌;;
두번씩이나 해줬는데 해주실거 같네요
원리는 '주파수'에 있다고 봅니다. 물이 떨리는 주파수가 있고, 그 주파수의 크기보다 물의 크기가 너무 커버리면 그보다 작게되버려서 그런거고, 그 주파수사이에 적당히 걸칠 수준이 되는거면 물방울이 살아있게 되는것으로 판단됩니다.
포항공대 화학과 김기문 교수님 실험실에서 물의 진동을 이용해서 화학반응 일으킨 실험한걸로 알고있는데요ㅋㅋ 연구실 연락해보세요. 포공출신들이신거같은데
제가 보기에는 285hz의 진동이 물방울을 계속 팅겨주는 역활을 하기 때문에 유지가 된다고 봅니다.
동일액체를 표면장력만 다르게만들면 흡수성을 줄여 어느정도 저항력을 가진 상태가 되고 이런 상태에서 아래에있는 액체가 계속 변형한다면 흡수성이 극단적으로 떨어지고 위에 있는 액체가 떨어졌을 때의 형태를 저항력을 통해 유지할 수 있는 겁니다. 다만 표면장력에 따라 최적의 진동수가 다를 수 있기때문에 액체의 표면장력을 변화하는 것보다 진동수를 찾는게 효율적인 실험방법이 아닐까 라고 의견남겨봅니다.
물방울 떨어트릴때 브금이랑 박자맞는거 너무 기분좋고~
얼마 전 신기한 영상을 봤어요! 스피커를 위 아래로 두고 특정 주파수의 소리를 내니 그 가운데 공중에 물방울이 머무르더라구요!!! 조명을 이용해서 멈춰보이게 한 게 아니고 정말 멈춰있었어요! 보여드리고싶은 영상인데... 꼭 실험해 주셨으면 좋겠어요ㅠㅠ
이거 2016년도 KYPT 주제였던 것 같습니다 한 번 찾아보세요! Ultrahydrophobic water였나 그래요. 유체윤활 관련해서 찾아봤던 기억이 나네요. 물방울과 표면 사이에 공기층이 생기면서 유체윤활로 인해 합쳐지지 않는다고 했던 것 같아요
물이 물방울과 합쳐지려면 물 분자끼리 닿아야하는데 이 실험에선 공기가 이를 방해하는 거라 추측해봅니다. 일반적이라면 공기가 밀도가 낮아 옆으로 쉽게 밀려나면서 물끼리 닿아 합쳐지겠지만 물을 빠르게 진동시키면서 물위의 공기가 순간적으로 압축되면서 닿기 직전의 물방울을 위로 튕겨내고 이를 반복하는 거 같습니다. 진동수가 너무 작아도 커도 공기가 제대로 압축되지 않아서 이 현상이 잘 일어나는 특정 진동수가 존재하게된 거라 추측해봅니다.
이 실험과 관련해서 물보다 표면장력이 낮거나 높은 물질은 어느 진동수에서 물방울이 잘 안사라지는지도 궁금하고, 제 가설을 증명하기위해 진공 상태에서 실험해볼수도 있을거 같습니다!
오랜만에 이런 재밌는 실험을 보다니 중학생때 생각나고 너무 좋네요ㅋㄷㅋㄷ
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@@geekblekr 와 정말 감사합니다ㅋㅋㅋㅋ 보내주신 책 잘 읽겠습니다!
파동으로 인해서 물의 표면이 곡면으로 존재하기 때문이 아닐까요?
물 표면이 평면일 때 표면의 물분자가 균일하게 분포해서 전기적 중성에 가깝지만, 곡면일 때는 물분자의 형태적 특성으로 인해서 표면에 전기적 성질을 갖게될 것 같아요.
전 이 현상을 아주 간단하게 이해했는데요. 과알못이라 전문적이진 않습니다.
손바닥으로 물을 팍 치면 아프잖아요. 표면장력때문에 충돌이 성립이돼서 그런것인데
이건 진동때문에 표면장력으로 물수제비마냥 물방울의 표면장력을 바닥물의 표면장력이
튕기고 튕기는 것을 반복해서 저렇게 흡수가 안되는 것이 아닐까요? 정말 물수제비처럼요.
궁금해 하던 실험 이었는데 마침 직접 해주다니 감동 😊
285Hz 주파수를 통해 물의 표면이 빠른속도로 진동하기때문에
기존에는 평평한 물의 표면장력이 떨어지는 물방울의 첫 부분에 작은면적으로 들어가기때문에 바로 흡수되는것 같습니다.
반대로 빠른속도로 진동하고있는 물의 표면은 떨어지는 물방울의 보다 많은 면적이 닿으며 표면장력힘으로 인해 흡수되지않고 있다가 순간진동의 차이로 인해서 어느순간 다시 들어가는것 아닐까요.
이런 댓글을 달아보는게 처음인지라 어휘력이 부족한거같네요 ㅠㅠ
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8:00 역시 이과는 세상이 어떻게 돌아가던 즐거워 ㅋㅋ 문과에선 토론하면 치고박는데 이과는 즐겁다니 세상 마음 밝아진다
제 생각은 진동을 주지 않았을 때는 물방울이 물과 다았을 때의 충격의 의해 표면장력이 터지면서 합처지는데 285Hz의 진동을 줬을 때 Faraday Instablity가 되면서 물방울의 표면이 물에 닿을 때 Faraday Instablity의 의해서 충격을 흡수하면서 물방울이 터지지 않고 버티는 것 같고요. 물방울이 가끔 터지는데 그 이유는 물의 진동이 물방울과 맞지않아 Faraday Instablity가 발동되지 않아서 터지는 것 같아요. 이건 제 생각일 뿐입니다. 제가 4학년이라 맞춤법이 틀렸다면 죄송합니다.
긴 글을 읽어주셔서 감사합니다.
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진동을 주지 않았을 때는 물방울이 물과 닿았을 때의 충격에 의해 표면장력이 약해져 합쳐지는 것 같습니다. 285Hz의 진동을 줬을 때 Faraday Instablity가 작용됩니다. 물방울이 수면에 닿았을 때 Faraday Instablity에 의해 충격이 흡수되면서 물방울의 표면장력이 약해지지 않고 버티는 것 같아요. 물방울이 가끔 물이랑 합쳐지게 되는데, 그 이유는 물의 진동이 물방울과 맞지않아 Faraday Instablity가 작용되지 않아서 터지는 것 같습니다. 이상 3년이 지난 중1입니다.
채신음악 듣고있는 그릇 속 물 : 인싸
뭔가 혼자만 색이 다르고 소수인 물방울 : 아싸.
섞일래야 섞일 수가 없는게 당연합니다.
과학보다 과학적인 설명. 쌉ㅇㅈ???
용달님이 물에 방수스프레이를 뿌리셨는데 그때는 물에 방수가 안됐지만 이방법으로 물을 방수힜네요 ㅋㅋ
6:45 충격량은 변함이 없고 평균 충력력만 감소가 되는거 아닌가요??
제ㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔㅔ바ㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏㄹㄹㄹㄹㄹㄹㄹㄹㄹ 증기기관차만들어주세요 긱블이만들면 너무 멋있을거같아요
진동의 세기가 다르니깐 분리가 된다고 봅니다(가설일뿐입니다)
쉽게 말해 진동을 받는 그릇이 배드민턴채가 되고 떨어뜨리는 물방울이 셔틀콕이 되는거라고 보시면 될것같아요
ps.아 사물궁이님께 알려달라해야지
3:14 초에 보면 진동이 퍼져나가기 때문이라고 팡님께서 말씀 해주셨읍니다.
이렇게 과학적으로 솔로들을 괴롭히는 긱블....정말... 사랑스럽군요....
단순하게 풀면 소리의 파장과 물표면이 같은 모양을 하는데 285hz 즉 약 1.12m 파장의 모양일때 물의 표면 장력이 최대 일겁니다. 결론적으로 확산하려는 힘(feat 중력)보다 표면장력이 크기때문에 물방울은 섞이지 않고 유지되는 것입니다.
제 생각은 물에 주파수를 주어 물의 표면을 불안정( 매근하지 안는 표면)을 만들어 매근한 표면의 물방울을 떨어뜨리면 불안정한 표면을 유지하는 물이랑 물방울이랑 서로 흡수가 되지 않고 유지 될수 있다고 생각해요
파장 간섭차이인거같은데..
뭐 원리설명이랄것도 없지만.
램프에 담겨진 물이 285hz라는 파동을 받았을때 수소와 산소의 결합사이의 운동이발생 했고(그로인해 램프위의 물은 특유의 모양이 발생 되어졌을테고), 활성화된 물분자와 비활성화된 물분자간 표면장력차이로 인한 임시적 분리현상이 발생된거같음.
계면활성제를 소량 섞어주는 이유도, 물분자표면에 마이셀구조를 만들어주기위한 용도같구..
아님말구 책준다길래 끄저겨봤음
물 표면이 진동하고 있기 때문에 그 위에 떨어진 물방울이 밑의 물에 흡수되려는 힘보다 진동에 의해 밀려나는(bounced) 힘이 강해서 튕겨남. 주파수가 더 많이 높아지면 튕겨나는 물방울이 깨질 정도로 힘이 강해지고, 많이 낮아지면 미는 힘이 약해서 물방울이 흡수됨. 이게 저의 추론입니다.
발수 현상과 같은 현상입니다 . 물이 표면에 흡수될려면 그 표면과의 젖음성(wettability)가 좋아야합니다. 하지만 물에 진동을 주게 된다면 표면이 위아래로 흔들리면서 산맥같은 모양을 만들어요. 그럼 꼭대기 부분에서의 접촉면적이 매우 좁아지게 되어 자연스럽게 접촉각이 커지게 됩니다 . 즉 접촉각이 커지면 젖음성은 안좋아져서 표면은 낮은 계면에너지를 갖게되어 발수현상이 일어나게 됩니다. 라고 추측을 해볼게요 ㅎㅎ
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감사합니다 ㅎㅎ
물 말고 기름으로도 실험 해주실수 있나요?
물방울이 표면장력을 유지될 정도로 약하게 물표면이 때려주는거 아닐까요? 물풍선을 나무 판자로 수직으로 세게 튕기면 터지지만 약하게 튕기면 터지지 않는것 처럼
저는 잘모르지만 의견 하나 내봅니다.
그냥 주사기에 있는 물은 진동이 없는 물이고 그릇에 있는 물은 진동하고 있는 물이여서 인거 아닐까요?
우리는 우리가 잘 참을 수 있다고 생각했습니다.
망설이다 답변드립니다. 지난번에 믹서기로 물 끓이는 게 재미있어 같은 주제로 저도 영상을 만들어 올렸습니다.
가만히 있는 수면에 물방울을 떨어뜨려도 바로 합쳐지지 않고 물위에 떠있다가 합쳐지는 것을 볼 수 있습니다. 두 경계가 깨지는데 시간이 걸립니다. 물방울의 경계가 깨어지기 전에 수면의 반동으로 띵겨내면 점프하고 다시 내려와 접촉하는데 합쳐지기 전에 또 띵겨 올라가는..... 동적인 운동이라 보시면 됩니다.
간단히 표면장력 등 힘의 평형으로 설명하기 어려운 부분이 정상상태가 아닌 계속적으로 변화하는 복잡한 동적인 운동이기 때문입니다.
그리고 위에서 말한 것과 같이 조용한 수면 위에 물방울을 떨어뜨리면 수면 위에 떠있는 것을 볼 수 있으며, 합쳐질 때 작은 물방울이 다시 띵겨 올라오는 재밌는 현상도 볼 수 있을 것입니다....
아마도 물리적으로 계속 같은걸 받는애랑 받지 않았던애는 다르니까 약층이 생겨서 그런거겠죠?바다도 그러는데
이게 아닌감...
개인적인 생각으로는 주파수에 의해 진동하는 표면 파동으로 인해, 물의 표면과 물방울 표면과의 접촉면이 적어지는게 원인이지 않을까싶어요.
역시 긱블만이할수있는 실험...
가슴이 웅장해진다
진동으로인한 밀어내기같은게 아닐까요 ? 표면이 엄청나게 빨리 진동하면서 물방울을 밀어내는게 아닌가 ...
표면이 매끄럽지못한상태라 물방울이 닿는 면적이 줄어서 흡수가안되는? 그런거 아닐까요?
0:57 저번 영상에서 말씀하신 키트 인가요?