매끄러운 바닥에 신발이 닿을 때 나는 마찰음의 발생 메커니즘을 학자들이 과학적으로 규명했다. 체육관 바닥을 신발이 쓸고 지나가면, 특유의 소리뿐 아니라 아주 작은 번개도 발생하는 것으로 밝혀졌다.
미국 하버드대학교 아델 젤룰리 교수 연구팀은 이달 25일 학교 홈페이지에 이런 내용을 담은 실험 보고서를 냈다. 연구팀은 농구 경기 영상 등에서 흔히 들리는 신발과 바닥의 마찰음이 왜 일어나는지 상세하게 분석했다.
아델 교수는 "잘 닦인 바닥을 신발로 내디딜 때 나는 삑삑 소리는 일상에서 흔히 마주하는 현상이지만, 바닥에 닿는 신발처럼 강체와 연체 사이의 물리적 특성은 과학적으로 모르는 부분이 많다"며 "심지어 소리가 왜 발생하는지 원인도 불명확하다"고 전했다.
연구팀은 초당 100만 프레임 촬영이 가능한 고속 카메라와 내부전반사형광현미경(TIRF), 그리고 음향 측정기를 설치하고 신발 밑창의 부드러운 고무와 단단한 유리가 마찰할 때 물리적 특성을 관찰했다.
실험에서 고무 소재의 신발 밑창이 유리면 위를 미끄러질 때 마찰 크기가 주기적으로 변한다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 이 변동을 오프닝 슬립 펄스(opening slip pulses)로 정의했다.
아델 교수는 "삑삑 하는 마찰음의 높낮이는 오프닝 슬립 펄스의 주기에 따라 달라졌다"며 "또한 이 펄스의 주기는 신발 밑창의 영향을 받았다. 즉, 신발 바닥의 형태에 따라 음의 높이를 조절할 수 있다는 의미"라고 설명했다.
연구팀은 가설을 입증하기 위해 서로 다른 형태의 고무 블록을 사용해 영화 '스타워즈'의 인기 OST '제국 행진곡(The Imperial March, 다스 베이더 테마)'을 연주하는 데 성공했다.
아울러 연구팀은 예상치 않았지만, 신발 바닥과 유리면이 마찰할 때 초미니 번개가 발생하는 것도 관찰했다. 해당 상황을 담아낸 동영상은 학계는 물론 대중의 관심을 끌었다. 아래 영상에서 대략 52초 구간에서 초미니 번개를 확인할 수 있다.
이윤서 기자 lys@sputnik.kr
