부유하는 액체에 거꾸로 요트가 떠 있는 불가사이한 현상이 발표되다

아르키메데스의 원리는 '유체에 들어간 물체는, 물체가 밀어낸 유체의 무게와 동일한 상승 부력을 얻는다'는 법칙입니다. 그러나 이 법칙에 역행하는 '비정상적인 부력이 발생하여 요트가 거꾸로 뜬다'는 현상을 발생시킬 수 있다고 보고한 논문이 2020년 9월 2일에 발표되었습니다.

Floating under a levitating liquid | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2643-8

 Vibration overcomes gravity on a levitating fluid
https://www.nature.com/articles/d41586-020-02451-w

 Up Is Down in This Fun Physics Experiment - The New York Times
https://www.nytimes.com/2020/09/03/science/floating-upside-down-liquid.html

Up Is Down in This Fun Physics Experiment

수조를 채운 기름에 천천히 물을 부어도 곧 밸런스가 무너지고 기름보다 밀도가 높은 물이 기름 아래로 가라앉습니다. 그러나 특정 조건을 갖추면, 공기 등 밀도가 낮은 물질층 위에 액체층을 부유하게 할 수 있다고 합니다.

이번 논문을 발표한 파리시립공업 물리화학 고등전문대학의 Emmanuel Fort 씨 연구팀은 '수직 방향의 진동을 주면 액체를 띄우는 것이 가능'하다는 과거의 연구결과보다 더 발전된 연구를 하기 위해서, 물보다 점도가 높은 실리콘 오일과 글리세린에 진동을 주는 실험을 실시했습니다.

아래의 학술지 Nature의 동영상을 재생하면 실제로 액체가 떠 있는 모습을 볼 수 있습니다.

The weird physics of upside down buoyancy - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=bodsuTucSxQ

일반적으로 액체가 중력에 끌려, 물방울을 만들어 떨어지는 모습을 관찰할 수 있습니다.

그래서 이번에는 적절한 진동을 주면서 탱크를 뒤집자, 일부는 떨어지지 않고 위에서 지속적으로 떠 있습니다. 이것은 진동이 물방울의 형성을 방해했기 때문이라고 합니다.

이 현상 자체는 과거에 발견된 것이지만, Fort 씨 연구팀은 이번에 플라스틱 보트를 수조에 넣어 보았습니다. 그리고 보트에 설치된 자석을 사용하여 보트의 바닥을 공중에 뜬 물의 층에 붙이면.....

보트가 거꾸로 떠올랐습니다.

이번 연구를 통해 공중에 뜬 액체층의 하부는 '물건이 위쪽을 향해 떠오른다'는 상식을 뒤집는 것을 알 수 있었습니다. 오클랜드대학의 블라디슬라프 소로킨 박사는 학술지 Nature의 기고문에서 "이 발견은 단순한 기현상에 머무르지 않고, 유체 속에 갇힌 가스나 물체의 수송에 적용할 수 있을지도 모릅니다"고 말합니다.