브라질 땅콩 효과
granular convection, brazil nut effect
주위에서 흔하게 볼 수 있는 현상으로, 시리얼을 그릇에 부었을 때나 각종 잡곡을 섞어서 운반할 때, 겉으로는 곡식들이 잘 섞여 있는 것처럼 보이지만 흔들게 되면 결국 알갱이가 큰 곡식(대표적으로 브라질 땅콩)들이 표면으로 떠오르게 되는 현상을 말한다. 특히 서양인들이 자주 먹는 혼합견과류 캔의 뚜껑을 열면 항상 브라질 땅콩이 맨 위에 올려져 있어서 이런 이름이 붙었다. 합금을 제외한 고체 상태의 용액이 존재하지 않는 이유이다.
1831년 마이클 패러데이가 발견. 시카고의 하인리히 재거 교수의 연구팀이 무려 165년이 지나 1996년이 되어서야 MRI를 이용해서 그 과정을 밝혀냈다.
사소하고 별 것 아닌 것처럼 보이지만, 처음 발견된 이후 이 현상이 일어나는 이유에 대한 '''명쾌한 해답을 얻지 못하고 있는''' 난제 중 하나이다. 의외로 현대 과학으로 해명하지 못한 현상. '파론도의 역설'(Parrondo's paradox)[1]과도 관련 있다고도 한다.
한국에서는 주로 보리밥 짓기 전에 쌀과 보리를 섞어놓은 통을 주변에서 살살 치면서 관찰하면 크기가 큰 보리쌀이 표면으로 떠오르는 것을 확인할 수 있다. 이때 중력은 밑으로 작용하지만, 큰 알갱이는 위로 떠오르는 것을 보면 마치 중력을 무시하는 것처럼 보일 수도 있다. 그 외에도 우유에 타먹는 코코아 믹스의 설탕과 코코아 파우더의 경우 기타 성분들이 분리되어 점점 쓰게 느껴지는 것으로도 확인 가능하다. 차를 담아둔 통에서 찻잎을 덜어 먹다 보면 위에는 멀쩡한 찻잎만 있는데 밑바닥엔 부서져서 가루가 된 찻잎이 잔뜩 있는 경우라던지, 그래놀라를 먹다보면 바닥에 작은 오트밀 조각만 잔뜩 남아있는 경우도 이 때문이다.
일반인들은 큰 알갱이 사이의 공간으로 작은 알갱이는 내려갈 수 있지만 작은 알갱이 사이의 공간으로 큰 알갱이가 내려갈 수는 없으니까 라는 결론을 주로 내리지만, 역 브라질 땅콩 현상이 존재하기 때문에….[2] 역 브라질 땅콩 현상은 특정상황에서 도로 큰입자가 가라앉고 작은입자가 떠오르는 현상이다. 해당 조건에 대해서 밝혀진 바 역시 별로 없다. 아래 실험에서 8 mm 유리구슬과 15mm 폴리프로필렌을 사용한 a에선 브라질 땅콩 효과가 성립하지만 10 mm 구리와 4 mm 유리구슬을 적용한 b에선 역 브라질 땅콩 효과가 관찰된다.[3][4]
[image]
실제로 모래와 흙, 자갈 따위의 건축자재, 곡식, 제약회사의 약품, 분유, 설탕을 비롯한 알갱이로 되어있는 혼합물[5] 등은 모두 이 현상을 피해 갈 수 없으므로 주기적으로 섞어주는 과정을 거쳐야만 한다. 레미콘의 드럼이 콘크리트를 담고 나면 계속 돌아야 하는 이유도 이 때문이다. 시리얼 회사를 비롯해 위에 설명한 것들을 파는 회사는 브라질 땅콩 효과를 막기 위해 계속 섞어주는 일에 매년 엄청난 돈을 쓰고 있다.
지질학에서는 일부 조건에서 큰 입자가 오히려 위쪽에 퇴적되는 역 점이층리 현상을 설명할 때 사용하기도 한다. 사실, 구세대들도 초중등과정의 교과서나 방학교재에서 지질학, 그러니까 모래와 자갈을 가지고 하는 실험으로 한 번쯤 접해봤을 내용이다. 더 알고 싶으면 Granular convection 이란 이름으로 검색해보자.
군대에서 우유에 건빵을 말아먹기 위해 건빵을 골고루 부수려고 살살살 흔들 때도 이 현상이 일어난다(...). 그리고 카라멜콘과 땅콩을 사면 항상 땅콩이 밑에만 몰려있다.
레고를 많이 갖고 있는 애들은 안 배워도 알고 있다고 한다. 레고는 큰 통에 담아두면 어째 큰 조각만 올라오고 피규어를 조립할 작은 조각은 밑으로 내려가기 때문.
우리나라에서는 정재승 현 KAIST 부교수의 저서인 '과학 콘서트'를 통해 이 현상이 많이 알려졌는데 그 이전에도 과학동아에서 다룬바 있다.
이 현상을 이용한 마술도 있는데 먼저 맨 밑에 팝콘 몇 알을 넣고 그 다음에 옥수수 알갱이들을 쏟아부은 뒤에 흔들어내면 옥수수 사이에서 팝콘이 솟아오르는 모습을 볼 수 있다.
눈 덮인 산을 등반하는 사람들은 이 브라질 땅콩 현상의 원리를 이용해 눈사태로 인해 눈에 파묻혀도 몸집이 커져 표면으로 올라올 가능성을 높이기 위해 부풀어오르는 장치를 착용한다고 한다.
1. 개요
주위에서 흔하게 볼 수 있는 현상으로, 시리얼을 그릇에 부었을 때나 각종 잡곡을 섞어서 운반할 때, 겉으로는 곡식들이 잘 섞여 있는 것처럼 보이지만 흔들게 되면 결국 알갱이가 큰 곡식(대표적으로 브라질 땅콩)들이 표면으로 떠오르게 되는 현상을 말한다. 특히 서양인들이 자주 먹는 혼합견과류 캔의 뚜껑을 열면 항상 브라질 땅콩이 맨 위에 올려져 있어서 이런 이름이 붙었다. 합금을 제외한 고체 상태의 용액이 존재하지 않는 이유이다.
2. 상세
1831년 마이클 패러데이가 발견. 시카고의 하인리히 재거 교수의 연구팀이 무려 165년이 지나 1996년이 되어서야 MRI를 이용해서 그 과정을 밝혀냈다.
사소하고 별 것 아닌 것처럼 보이지만, 처음 발견된 이후 이 현상이 일어나는 이유에 대한 '''명쾌한 해답을 얻지 못하고 있는''' 난제 중 하나이다. 의외로 현대 과학으로 해명하지 못한 현상. '파론도의 역설'(Parrondo's paradox)[1]과도 관련 있다고도 한다.
한국에서는 주로 보리밥 짓기 전에 쌀과 보리를 섞어놓은 통을 주변에서 살살 치면서 관찰하면 크기가 큰 보리쌀이 표면으로 떠오르는 것을 확인할 수 있다. 이때 중력은 밑으로 작용하지만, 큰 알갱이는 위로 떠오르는 것을 보면 마치 중력을 무시하는 것처럼 보일 수도 있다. 그 외에도 우유에 타먹는 코코아 믹스의 설탕과 코코아 파우더의 경우 기타 성분들이 분리되어 점점 쓰게 느껴지는 것으로도 확인 가능하다. 차를 담아둔 통에서 찻잎을 덜어 먹다 보면 위에는 멀쩡한 찻잎만 있는데 밑바닥엔 부서져서 가루가 된 찻잎이 잔뜩 있는 경우라던지, 그래놀라를 먹다보면 바닥에 작은 오트밀 조각만 잔뜩 남아있는 경우도 이 때문이다.
일반인들은 큰 알갱이 사이의 공간으로 작은 알갱이는 내려갈 수 있지만 작은 알갱이 사이의 공간으로 큰 알갱이가 내려갈 수는 없으니까 라는 결론을 주로 내리지만, 역 브라질 땅콩 현상이 존재하기 때문에….[2] 역 브라질 땅콩 현상은 특정상황에서 도로 큰입자가 가라앉고 작은입자가 떠오르는 현상이다. 해당 조건에 대해서 밝혀진 바 역시 별로 없다. 아래 실험에서 8 mm 유리구슬과 15mm 폴리프로필렌을 사용한 a에선 브라질 땅콩 효과가 성립하지만 10 mm 구리와 4 mm 유리구슬을 적용한 b에선 역 브라질 땅콩 효과가 관찰된다.[3][4]
[image]
실제로 모래와 흙, 자갈 따위의 건축자재, 곡식, 제약회사의 약품, 분유, 설탕을 비롯한 알갱이로 되어있는 혼합물[5] 등은 모두 이 현상을 피해 갈 수 없으므로 주기적으로 섞어주는 과정을 거쳐야만 한다. 레미콘의 드럼이 콘크리트를 담고 나면 계속 돌아야 하는 이유도 이 때문이다. 시리얼 회사를 비롯해 위에 설명한 것들을 파는 회사는 브라질 땅콩 효과를 막기 위해 계속 섞어주는 일에 매년 엄청난 돈을 쓰고 있다.
지질학에서는 일부 조건에서 큰 입자가 오히려 위쪽에 퇴적되는 역 점이층리 현상을 설명할 때 사용하기도 한다. 사실, 구세대들도 초중등과정의 교과서나 방학교재에서 지질학, 그러니까 모래와 자갈을 가지고 하는 실험으로 한 번쯤 접해봤을 내용이다. 더 알고 싶으면 Granular convection 이란 이름으로 검색해보자.
군대에서 우유에 건빵을 말아먹기 위해 건빵을 골고루 부수려고 살살살 흔들 때도 이 현상이 일어난다(...). 그리고 카라멜콘과 땅콩을 사면 항상 땅콩이 밑에만 몰려있다.
레고를 많이 갖고 있는 애들은 안 배워도 알고 있다고 한다. 레고는 큰 통에 담아두면 어째 큰 조각만 올라오고 피규어를 조립할 작은 조각은 밑으로 내려가기 때문.
우리나라에서는 정재승 현 KAIST 부교수의 저서인 '과학 콘서트'를 통해 이 현상이 많이 알려졌는데 그 이전에도 과학동아에서 다룬바 있다.
이 현상을 이용한 마술도 있는데 먼저 맨 밑에 팝콘 몇 알을 넣고 그 다음에 옥수수 알갱이들을 쏟아부은 뒤에 흔들어내면 옥수수 사이에서 팝콘이 솟아오르는 모습을 볼 수 있다.
눈 덮인 산을 등반하는 사람들은 이 브라질 땅콩 현상의 원리를 이용해 눈사태로 인해 눈에 파묻혀도 몸집이 커져 표면으로 올라올 가능성을 높이기 위해 부풀어오르는 장치를 착용한다고 한다.
3. 관련 문서
[1] 지는 게임 2개를 잘 조합했더니 오히려 이기는 게임이 된다는 게임 이론의 역설.[2] 비상교육의 중학교 3학년 과학교과서에는 브라질 땅콩 현상에 대해서 설명하는 글이 실려있다. 그런데 역 브라질 땅콩 현상에 대한 내용은 없다.[3] 그런데, '브라질 땅콩 효과', '역 브라질 땅콩 효과'라고 사람들이 이름을 붙이긴 했지만, 명칭이 그럴 뿐 그 둘이 같은 원리로 일어나는 다른 현상이란 증거가 없다. 원리를 파볼 사람이 있다면 괜히 그 둘을 묶어서 복잡하게 생각하지 말자.[4] 참고로 폴리프로필렌의 밀도는 0.9 g/㎤, 유리의 밀도는 2.5 g/㎤, 구리의 밀도는 8.94 g/㎤ 정도이다.[5] 여기서 알갱이의 크기는 1 µm급 이상으로 열운동을 무시할 수 있는 큰 입자.