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지름 5mm의 주사위를 원통 속에 자잘하게 채워넣고 일정한 힘으로 좌우로 돌리기만 하면 3시간 ~ 하루 만에 거의 모든 주사위가 깔끔하게 정렬하고 빈틈없이 채워진 상태가 된다는 사실이 연구에서 밝혀졌습니다.
이 기술은 입자상 물질을 정열할 필요가 있는 산업 분야와 우주의 무중력 공간에서의 가공 기술에의 응용이 기대되고 있습니다.
Physics - Focus : Dice Become Ordered When Stirred, Not Shaken
https://physics.aps.org/articles/v10/130
미세한 입자를 정렬시키는 행위는 모래와 자갈을 섞어 시멘트를 만드는 건설업과 재료를 균일하게 혼합하여 의약품을 만드는 등의 의약품 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
중력이 있는 환경에서는 입자상 물질을 넣은 용기에 진동을 주거나 외부를 지속적으로 두드려 내부의 입자 겹침에 '이완'을 만들어 내부에 남아 있는 여분의 공간을 압축해서 전체 부피를 줄일 수 있습니다.
이와 다른 방법을 모색해 온 스페인 나바라 대학의 디에고 마더 연구팀은 통 모양의 용기에 입자상 물질을 넣고 통을 회전시킴으로써 물질을 꽉 압축시킬 수 있는지 조사했습니다.
실험에서는 먼저 위쪽에 설치 한 원통 속에 5밀리 각 주사위 2만 5000개를 넣었습니다.
그 상태에서 시계 방향과 반 시계 방향으로 흔드는 움직임을 일정한 강도로 지속하면서 입자의 변화를 조사.
그러자 다음과 같이 쌓여 있던 주사위가 일정 시간 후에는 마치 기계로 정밀하게 배열한 것처럼 정열된 상태로 변화한 것입니다.
by K. Asencio et al., Phys. Rev. Lett. (2017)
이 현상은 통이 회전함으로써 발생하는 원심력에 의해 주사위가 벽면으로 눌리는 힘과 회전이 반전할 때 발생하는 진동의 가속력 모두가 주사위에 작용함으로써 생기는 것으로 밝혀졌습니다.
특히 반전시의 가속력은 결과에 큰 영향을 미치며, 가속력이 "0.5G"를 초과하면 정렬에 걸리는 시간이 크게 단축됩니다.
통의 반전주기가 약 1초 상태에서 0.5G의 가속도를 더해 계속 최종 상태에 도달 할 때까지의 주기는 1만회 정도로, 1사이클 = 1초로 계산하면 1만 초, 즉 2시간 46분만에 정렬이 완료되는 것입니다.
한편, 가속도가 0.5G보다 작을 때 정렬이 이루어지는 속도는 급격히 낮아져 10만 사이클을 거쳐도 통 중앙의 주사위는 흩어진 상태가 지속됩니다. 이 현상을 목격한 연구팀은 이대로는 모두가 정렬 된 상태가 되려면 10년 이상 걸릴 것으로 보고 있습니다.
주사위 줄을 위에서 보면 가속도가 약한 경우 (a)처럼 순서가 무작위로 되어있는 반면, 가속도가 강한 경우 (b)처럼 거의 모든 주사위가 동심원을 그리며, 중심에서 방사상으로 늘어선 상태로 되는 것을 알 수 있습니다.
22
이거 원래 주사위 현상으로 유명한건데. 그래서 숫자를 막 늘려본 것 뿐인가
10 혹시 이 연구팀 문과 아닌가?
... 싶을 정도로 당연한 일을 연구한건데w
158
>> 10
당연하다고 생각하는 일을 검증하고 해명하는 것도 과학이 할 일
12
나로서는 이걸 도대체 어디에 활용할 수 있는지 짐작도 안된다. 창의력 있는 누군가가 알려줘
44
>> 12
바보구나.
이 기술이 있으면 어느 집에서도 흩어진 주사위를 깔끔하게 정리할 수 있다고.
지름 5mm의 주사위를 원통 속에 자잘하게 채워넣고 일정한 힘으로 좌우로 돌리기만 하면 3시간 ~ 하루 만에 거의 모든 주사위가 깔끔하게 정렬하고 빈틈없이 채워진 상태가 된다는 사실이 연구에서 밝혀졌습니다.
이 기술은 입자상 물질을 정열할 필요가 있는 산업 분야와 우주의 무중력 공간에서의 가공 기술에의 응용이 기대되고 있습니다.
Physics - Focus : Dice Become Ordered When Stirred, Not Shaken
https://physics.aps.org/articles/v10/130
미세한 입자를 정렬시키는 행위는 모래와 자갈을 섞어 시멘트를 만드는 건설업과 재료를 균일하게 혼합하여 의약품을 만드는 등의 의약품 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
중력이 있는 환경에서는 입자상 물질을 넣은 용기에 진동을 주거나 외부를 지속적으로 두드려 내부의 입자 겹침에 '이완'을 만들어 내부에 남아 있는 여분의 공간을 압축해서 전체 부피를 줄일 수 있습니다.
이와 다른 방법을 모색해 온 스페인 나바라 대학의 디에고 마더 연구팀은 통 모양의 용기에 입자상 물질을 넣고 통을 회전시킴으로써 물질을 꽉 압축시킬 수 있는지 조사했습니다.
실험에서는 먼저 위쪽에 설치 한 원통 속에 5밀리 각 주사위 2만 5000개를 넣었습니다.
그 상태에서 시계 방향과 반 시계 방향으로 흔드는 움직임을 일정한 강도로 지속하면서 입자의 변화를 조사.
그러자 다음과 같이 쌓여 있던 주사위가 일정 시간 후에는 마치 기계로 정밀하게 배열한 것처럼 정열된 상태로 변화한 것입니다.
by K. Asencio et al., Phys. Rev. Lett. (2017)
이 현상은 통이 회전함으로써 발생하는 원심력에 의해 주사위가 벽면으로 눌리는 힘과 회전이 반전할 때 발생하는 진동의 가속력 모두가 주사위에 작용함으로써 생기는 것으로 밝혀졌습니다.
특히 반전시의 가속력은 결과에 큰 영향을 미치며, 가속력이 "0.5G"를 초과하면 정렬에 걸리는 시간이 크게 단축됩니다.
통의 반전주기가 약 1초 상태에서 0.5G의 가속도를 더해 계속 최종 상태에 도달 할 때까지의 주기는 1만회 정도로, 1사이클 = 1초로 계산하면 1만 초, 즉 2시간 46분만에 정렬이 완료되는 것입니다.
한편, 가속도가 0.5G보다 작을 때 정렬이 이루어지는 속도는 급격히 낮아져 10만 사이클을 거쳐도 통 중앙의 주사위는 흩어진 상태가 지속됩니다. 이 현상을 목격한 연구팀은 이대로는 모두가 정렬 된 상태가 되려면 10년 이상 걸릴 것으로 보고 있습니다.
주사위 줄을 위에서 보면 가속도가 약한 경우 (a)처럼 순서가 무작위로 되어있는 반면, 가속도가 강한 경우 (b)처럼 거의 모든 주사위가 동심원을 그리며, 중심에서 방사상으로 늘어선 상태로 되는 것을 알 수 있습니다.
22
이거 원래 주사위 현상으로 유명한건데. 그래서 숫자를 막 늘려본 것 뿐인가
10 혹시 이 연구팀 문과 아닌가?
... 싶을 정도로 당연한 일을 연구한건데w
158
>> 10
당연하다고 생각하는 일을 검증하고 해명하는 것도 과학이 할 일
12
나로서는 이걸 도대체 어디에 활용할 수 있는지 짐작도 안된다. 창의력 있는 누군가가 알려줘
44
>> 12
바보구나.
이 기술이 있으면 어느 집에서도 흩어진 주사위를 깔끔하게 정리할 수 있다고.
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균일한 상태로 만들기 위한 최소 힘을 밝혀낸 것만으로도 대단해 보이는데... 애들이 어질러놓은 블럭 안에 넣고 돌리는 것만으로 정리할 수 있는 정리기가 나오면 사고 싶네요.
이론이 정립되고 나면 소재공학에도 응용할 수 있을 것 같은데... 전공이 아니라서 잘 모르겠네요.