[논문] 유체역학적 관점에서 바라본 싱잉볼 : 2편 - 수면과 물방울(완결)

 

패러데이파는 유체를 통해 빛, 광자 그리고 에너지를 전달하는 파장이라는 연구까지 현재 진행이 되었다. 단순히 우리 눈에 보이는 물결 모양의 잔상들의 내부는 많은 원자와 에너지가 이동하고 있는 것이다. 그리고 그 이동을 통해 우리가 하고자 하는 의지나 목적도 함께 전달될 것이다. 이제 그 파장이 우리에게 보이는 모습을 관찰하고 싱잉볼의 유체역학 검토를 마무리하겠다. 

 

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표면 파동(Surface waves)

 

티베트 싱잉볼을 물로 완전히 채우고, 기본 모드에서 공명하는 실험 장치를 아래 그림과 같이 구성하였다.

 

 

스피커는 4개의 노드와 안티노드가 있는 모드 (2,0)에 해당하는 주파수 188 Hz인 싱잉볼과 동일한 정현파 소리를 생성하도록 하였다. 수면의 진동은 테두리의 수평 진동에 의해 나타난다. 테두리 진동의 진폭이 작으면 육안으로는 거의 보이지 않지만 아래 그림 a)와 같이 수면의 조명으로 감지할 수 있다. 서서히 소리가 커지면 정상파가 물의 가장 자리에 아래 그림 b)처럼 나타나고, 이러한 정상파는 패러데이 파장만큼 이격 되어 보인다. 더 높은 진폭에서 더 복잡한 파동이 아래 그림 c)와 같이 나타나고, 패러데이 파동은 깨지고 물방울은 싱잉볼의 가장자리, 특히 싱잉볼 벽에서 분출이 아래 그림 d)와 같이 나타난다. 분출된 물방울은 결국 합쳐지기 전에 물 표면에서 튕기고 미끄러지고 구를 수 있다. 

 

 

두 개의 모드 (2, 0)과 (3, 0) 모두에서 공명하는 싱잉볼을 물로 가득 채우고 실험을 하였다. 이 싱잉볼은 144 Hz와 524 Hz이다. 위와 동일한 구성으로 실험 장치를 구성하여 이들 모드 각각에서 대해 진폭이 증가함에 따라 표면파의 진행을 관찰했다. 모드 (3, 0)의 경우 주파수가 더 높기 때문에 파동 길이가 더 짤다. 또한 수면파를 생성하는데 필요한 소리 진폭은 모드 (3, 0)의 경우 (2, 0)보다 더 높다.

 

주파수 144 Hz(a~d), 524 Hz(e~h)

 

표면 분단(Surface fracture) 및 물방울 튕김(Bouncing droplets)

 

패러데이 파동이 충분히 커지면, 그것들은 깨져서 물방울 분출로 이어진다. 싱잉볼 테두리에 두 번 진동하는 동안 물방울은 약간 다른 진폭의 두 번의 튕김을 나타낸다. 더 작은 물방울(직경 0.35mm)이 진동하는 표면에 놓이면 튕기는 운동은 더 복잡해질 수 있다. 아래 그림 c)에서 우리는 물방울이 표면을 세 번 진동하는 동안 한 번만 튕기는 것을 볼 수 있습니다. 아래 그림 d)는 해당 궤적을 보여준다. 작은 물방울의 튕기는 운동이 혼란스러워질 수 있다는 것에 주목해야 한다.