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미국 해군수중전투연구센터의 제스 벨든 박사와 미국 유타 주립대 기계항공우주공학과의 랜디 허드 교수 연구팀은 물수제비를 하기에 가장 알맞은 돌멩이의 모양을 찾는 실험을 했어요. 또 물수제비가 생기는 과정을 관찰해 돌이 어떻게 수면을 튕겨 날아가는지 원리를 밝히고, 물수제비 모양을 예측하는 수학 모형도 만들었답니다. 이 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 4일자에 실렸어요.

납작한 돌멩이가 물수제비에 유리!

연구팀은 물수제비를 하기에 유리한 모양을 찾기 위해 돌멩이 대신 동그란 고무공을 사용했어요. 고무공은 탄성이 뛰어나 물 표면에서 잘 튕겨나갈 뿐만 아니라, 말랑말랑해 자유자재로 모양을 바꿀 수 있거든요. 고무공이 공기와 물로부터 받는 저항을 최소로 줄이기 위해 가장 적합한 모양을 띠고 날아갈 거란 생각에서였지요.

그리고 물수제비를 떴을 때 고무공이 통통 튀어 날아가는 모습을 초고속카메라로 촬영했어요. 고무공이 순식간에 튀어가는 모습을 아주 느린 화면으로 보면서 공이 수면에 닿는 깊이와 튕기는 각도 등을 알아봤어요.

그 결과 연구팀은 물 위를 튕기면서 날아갈 때 고무공이 납작한 원반 모양으로 변한다는 사실을 발견했어요. 연구팀은 공이 물에 부딪쳤다가 다시 붕 뜨려면 양력을 받아야 하는데, 둥그런 모양보다는 납작한 모양일 때 더 큰 양력이 생기기 때문이라고 설명했어요. 이와 마찬가지로 돌멩이로 물수제비를 뜨려면, 둥근 돌멩이보다는 얇고 납작한 돌멩이가 유리하다고 밝혔지요. 돌멩이는 고무공처럼 자유자재로 모양이 변하지 않으니까요.

여러 번 튕기는 비결은 ‘공기 그릇’ 타기

연구팀은 물수제비가 일어나는 과정도 관찰했어요. 공이 물에 닿으면 파문을 일으키면서 수면이 순식간에 그릇모양으로 파였어요. 그리고 원반 모양으로 찌그러진 공이 이 공간을 타고 넘어가 튕겨나갔지요. 물 위로 튕겨 나작하게 찌그러져 그릇처럼 파인 수면을 따라 튕겨 나갔어요. 이런 과정을 여러 번 반복했답니다.
 
간 공은 다시 둥근 모습이 됐고, 다시 수면에 닿으면서 납반면 동그란 돌멩이를 던졌을 때는 총알이 깊이 박히는 듯한 모양으로 공간이 생겼어요. 결국 돌멩이는 튕겨나가지 못하고 물속으로 잠겨버렸지요. 연구팀은 여러 각도로 던져본 결과, 돌멩이가 두껍고 동그란 경우는 수면에 들어가는 각도가 작아질수록 다시 튕겨 나올 가능성이 높다는 사실을 알아냈어요. 연구팀은 동그란 돌로 물수제비를 성공시키려면, 돌이 특정한 각도 이내로 비스듬히 물속에 들어가야 한다는 사실도 알아냈어요.