수찻잔을 저을때 찌꺼기가 가운데로 몰리는 이유

물체가 유동을 하게 될때 한 방향으로 흐를뿐 아니라 또 다시 회전하게 되는 흐름이 생기게 되는데 이를 secondary flow라고 한다. 이 secondary flow에 따라서 녹차잎은 안으로 들어가게 되는 것이다.

얼핏 생각하면 그냥 바깥쪽이 회전속도가 빠르니까 원심력을 받아서 바깥쪽으로 갈 것 같은 느낌이 들지만 이는 단지 일차원적으로만 생각을 하였기 때문에 또한 우리의 무지에 의해 내려진 결론이다.

이것 뿐만 아니라 유체는 이 흐름과는 별도로 순환하는 방식의 흐름을 지니게 되는데 이 흐름을 따라서 녹차잎이 가운데로 몰리게 되는 것입니다. 세타 방향으로 회전하는 흐름 이외에 반지름의 마이너스 방향으로 흐르는 흐름이 있다는 말입니다. 이 흐름이 왜 생기는 지는 다음의 식을 풀어보면 알게된다.

원형 좌표게 에서의 momentum eqn.은(운동량 보존 방정식) 1/밀도 * dP/dr = V^2/R 이 식을 풀어 보시면 바깥쪽이 오히려 압력이 높고 안쪽이 오히려 압력이 낮다는 것을 알 수 있습니다. 즉 우리의 생각과는 달리 압력차에 의해 원의 중심으로 향하려는 흐름이 생긴다는 뜻이다. 그러니까 회전하려는 최초의 유동과 중심을 향하는 이차유동이 합하여져서 전체의 유동은 나선을 그리면서 중심으로 향하는 유동이 생긴다는 것이고 이는 정확히 현상과 일치한다.

<저작권자 ⓒ 서울경제, 무단 전재 및 재배포 금지>