시스템의 일부 부분에 있어서 마찰은 다른 곳의 마찰을 향상시킴으로써 감소될 수 있다. 미국 오레곤 대학의 연구진은 이런 흥미롭고 직관에 반하는 결론을 연구를 통해서 얻었다. 이들 물리학자들은 벽에 둘러싸인 컨베이어 벨트 상에서 움직이는 동전을 포함한 간단한 실험으로 이를 발견하였다. 연구진은 컨베이어 벨트와 동전 사이의 마찰은 동전과 벽 사이의 마찰을 완전히 제거할 수 있다는 것을 보였다. 

이들 연구진은 그들의 발견이 산업체에서 벨트가 어떻게 알갱이 물질 수송을 효과적으로 잘 할 수 있을지에 대한 유용한 도움을 줄 수 있을 것으로 믿고 있다. 이 연구에 관여하지 않고 있는 과학자들은 이런 이상한 현상이 중력효과 및 심지어 교통 관리를 시뮬레이션하는데 있어서도 광범위하게 응용될 수 있을 것으로 예상하고 있다. 액체로 가득 찬 용기 안에, 바닥에 가해지는 액체의 힘은 액체의 높이에 선형적으로 비례하여 증가한다. 그러나, 알갱이 물질은 잔센(Janssen) 효과라고 불리는 현상을 보인다. 

이 현상에서 물질과 용기 사이의 마찰은 용기의 끝이 가해진 힘의 일부를 감당할 수 있다. 용기 안의 물질의 높이가 증가하면, 바닥에 인가되는 힘이 더 점차적으로 증가한다. 이런 증가는 더 많은 물질을 용기 안에 추가하여 궁극적으로 더 변화가 발생하지 않을 때까지이다. 이제 오레곤 대학의 물리학자들은 이 문제를 심도 있게 연구하였다. 그들은 동전을 컨베이어 위에 뿌리고 동전을 컨베이어 운동 방향에 평행하게 제한시키고 컨베이어 벨트를 따라서 움직이게 하였다. 중력은 컨베이어 벨트를 가동시킴으로써 시뮬레이션하였으며 벽을 따라 아래 방향으로 동전을 밀어내게 함으로써 시뮬레이션하였다. 센서가 동전이 벨트에 더해짐에 따라 벽에 가해지는 힘의 변화를 모니터하였다. 

놀랍게도, 측정된 힘은 수직 상황과는 달리, 추가된 동전의 개수에 선형적으로 비례하여 증가하였다. 이 때 알갱이 시스템은 액체와 같이 정확하게 거동하였다. 오레곤 대학 연구진은 벨트와 동전 사이의 마찰이 동전을 진동하게 만든다고 제안하였다. 이런 진동은 동전과 컨베이어 벨트 벽면 사이의 마찰을 제거하여 벽면이 어떤 전방향 힘도 가지지 않도록 방지한다. 따라서 동전에 가해진 모든 힘은 아래쪽 방향으로 직접 전달된다. 연구진은 이 현상을 다음과 같이 비유하였다. 

즉, 벽돌을 나무 판 위에 놓고 특정한 각도에서 나무 판을 잡고 있으면, 벽돌은 벽돌과 나무 사이에 마찰이 있기 때문에 미끄러지지 않는 것과 같은 이치라고 설명하였다. 그러나 나무를 때리거나 흔들면, 벽돌이 미끄러지기 시작하게 된다. 역설적으로, 마찰의 한 종류가 존재함으로써 다른 마찰을 제거하는 것이다. 연구진은 그들이 모서리에서 동전과 서로 맞물린 벽에 톱니 패턴을 추가한다면, 이런 거시적인 마찰은 진동에 의해서 제거되지 않고 더 많은 동전이 추가되면서 수평을 유지하고 아래로 흐르는 힘의 증가가 일어나는 일종의 잔센(Janssen)효과가 발생한다는 것을 발견하였다. 

이 연구는 실제적인 곳에 많이 사용될 것 같지 않지만, 연구진은 물품이 벨트 상에서 움직이는 동역학적 상황을 더 연구할 예정이다. 그들은 이런 연구가 너무 과도한 힘을 가하지 않고 물품이나 컨베이어에 손상을 입히지 않고 효율적인 방법으로 물체를 조절하거나 정지시킬 수 있는 직관을 제공하여 줄 수 있을 것으로 내다보고 있다. 미국 환경보호국의 John Wambaugh는 이들 오레곤 대학의 연구진이 중력이 차단될 수 있는 모델에서 잔센 효과를 시연한 논문은 매우 고무적인 것이라고 말하였다. 지구 상에 살고 있기 때문에, 우리는 항상 중력이 어떤 역할을 하는지에 대한 질문을 항상 던진다고 그는 말하였다. 

이들 연구진의 시스템은 2차원에서 중력을 시뮬레이션한 매우 이상적인 것이며, 이들의 아이디어는 다른 분야에서도 유용할 수 있을 것이라고 그는 제안하였다. 그는 교통 흐름은 기본적은 알갱이 시스템이라고 말하였다. 물론 중력은 동일한 방식으로 작동하지는 않을 것이지만, 비슷한 시스템이 우리의 일상 생활에 얼마나 큰 영향을 줄 수 있는지를 생각한다면 이들의 연구는 매우 중대한 것이라고 그는 덧붙였다. 이들의 연구 결과는 Physical Review Letters에 발표되었다. 

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』