학술자료/논문

[논문] 유체역학적 관점에서 바라본 싱잉볼 : 1편 - 패러데이파

싱잉볼연구소-율담 2023. 12. 13. 09:10
 

 

싱잉볼의 치유 원리를 찾고 찾다 보면 양자역학을 생각하지 않을 수 없다. 그러기에 이번에 포스팅하는 글은 물리 역학적 형태의 싱잉볼의 파동을 양자역학으로 연결시켜주는 단서를 제공한다. 그러기에 공학적 이해보다는 유체의 파동 형태를 통해 싱잉볼의 파동을 이해하고, 더 나아가 치유의 기전에 다가가는 정보를 제공한다. 

 

 

티베트의 싱잉볼은 기원전 5세기 히말라야의 불 숭배에서 유래되었다고 여겨지며, 이후 무속 여행과 명상을 포함한 다양한 종교 의식에서 사용되었다. 티베트 싱잉볼은 나무나 가죽으로 감싼 스틱으로 테두리를 치거나 문지르며 연주되는 일종의 서있는 종(standing bell)이다. 싱잉볼의 측면과 테두리를 진동시켜 풍부한 소리를 만들어낸다. 티베트 싱잉볼은 수공업으로 만들어졌으며 그 정확한 구성은 알려지지 않았지만, 일반적으로 구리, 주석, 아연, 철, 은, 금 및 니켈을 포함할 수 있는 청동 합금으로 만들어졌다. 

 

A standing bell or resting bell is 

an inverted bell, supported from below with the rim uppermost. Such bells are normally bowl-shaped, and exist in a wide range of sizes, from a few centimetres to a metre in diameter. They are often played by striking, but some — known as singing bowls — may also be played by rotating a suede covered mallet around the outside rim to produce a sustained musical note.

Wikipedia

 

 

싱잉볼이 물로 가득 차면, 수면에 파문을 일으킬 수 있고, 더 강력한 힘은 점차 더 복잡한 표면파형을 생성하고 궁극적으로는 물방울을 생성한다. 여기서 티베트 싱잉볼이 물방울을 띄울 수 있게 된다. 관련된 현상은 젖은 손으로 용기의 손잡이를 문지르면 진동이 발생하는 중국 공진 대야를 포함한 다른 구형 모양에서도 나타나는 것으로 알려졌다. 

 

중국 공진 대야

 

 

유선형 형태로 와인 잔을 젖은 손가락으로 테두리를 문지르면 발생하는 것과도 같다. 유리의 진동 주파수가 재료적 특성, 기하학적 구조 및 함유된 유체의 특성에 미치는 의존성은 프랑스 연구자들에 의해 해명되었다. 와인 잔 진동이 유체로 채워진 유리의 벽 근처에서 모세관 파동을 생성한다는 것을 실험적으로 입증했다. 또한 그는 이러한 파동과 위스퍼링 갤러리 모드(whispering-gallery modes) 사이의 연관성을 설명했다.

 

위스퍼링 갤러리 모드(whispering-gallery modes)

 

 

오목한(구형 또는 타원) 표면에서 작게 속삭이는 소리가 별다른 왜곡 없이 멀리 떨어져 있는 사람에게 전달되는 현상으로 인해 명명된 이름이다. 곡면 내부에서 음파가 생기면 음파는 곡면의 반상에 의해 어떤 한 점에서 마치 초점처럼 모이는 현상이 발생하고 이 초점에서 소리를 들으면 왜곡이 없이 속삭이는 소리를 들을 수 있다. 위스퍼링 갤러리 파동은 1878년경 성 바울 대성당(St. Paul's cathedral)에서 처음으로 설명되었는데, 돔 전체에서 속삭임이 이동하는 현상을 원형 갤러리의 화음을 구성하는 특별하게 반사된 일련의 사운드 광선으로 설명했다.

 

성 바울 성당의 위스퍼링 갤러리와 음향효과

 

유체역학 - 패러데이 파동(Faraday waves)

 

마이클 패러데이(Michael Faraday, 1791-1867)의 이름을 딴 패러데이 잔물결이라고도 하는 패러데이 파동은 진동 용기로 둘러싸인 액체에 나타나는 비선형 정재파이다. 평평한 정수면은 진동 주파수가 임계값을 초과하면 불안정해진다. 이것은 패러데이 불안정성으로 알려져 있다. 패러데이는 1831년에 런던 왕립 학회의 철학적 논문에 실린 기사의 부록에서 그것들을 처음으로 기술했다. 액체층이 수직으로 진동하는 피스톤 위에 놓이면 드라이브의 절반에서 진동하는 정재파 패턴이 나타난다. 파동은 줄무늬, 조밀한 육각형, 정사각형 및 준주기 패턴의 형태를 취할 수 있다. 패러데이파는 일반적으로 와인 잔의 와인 표면에서 얇고 종 모양의 줄무늬로 관찰된다. 패러데이 파동은 또한 싱잉볼의 "분수" 현상을 설명한다. 패러데이 파동과 그 파장은 양자역학 분야의 드브로이봄 이론의 드브로이파와 유사하다.

 

마이클 패러데이와 와인 잔 표면 패러데이파

 

패러데이 파동이 흩어지면서 액체 표면에서 분출된 물방울은 합쳐지기 전에 튕기고, 미끄러지고, 구를 수 있다. 최근의 여러 연구에서는 패러데이 임계점 아래의 수직으로 진동하는 액체 구형 용기에서 튕기는 물방울을 조사했다. 물방울 떨어짐과 물 표면 사이의 공기막은 연속적인 튀김 때마다 압축되고 다시 나타나게 되어 그 유지력이 합쳐지지 않고 물방울 부상을 가능하게 한다고 한다. 

 

싱잉볼 패러데이파 이해(MIT, Vortical Flow Research Lab.)

 

 

 

 

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