나뭇잎 떨어질때 과학이 보이나요?

떨어지는 종이의 모습을 연속으로 촬영한 모습. 오랫동안 풀리지 않던 떨어지는 종이의 운동 문제가 최근 해결됐다. -사진제공 미국 코넬대

가을날 바람이 불지 않아도 옆집 나무에서 우리 집 마당으로 나뭇잎이 날아드는 이유는 무엇일까. 이는 떨어지는 종이의 움직임을 설명해야 하는 문제와 같다. ‘떨어지는 종이 문제’는 오랫동안 풀리지 않았다. 영국의 물리학자 제임스 맥스웰도 1853년 이 문제에 대해 고민했지만 해결하지 못했다.

하지만 미국 코넬대 제인 왕 교수팀이 최근 컴퓨터 모델을 이용해 떨어지는 종이의 운동을 완벽하게 풀어냈다. 이 연구결과는 물리학 전문지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 최신호에 발표됐다. 왕 교수는 “나뭇잎이나 종이는 날카로운 경계 주변에서 공기 흐름이 극적으로 변하기 때문에 떨어지는 궤적을 예측하기 힘들다”고 밝혔다. 연구팀은 정교한 컴퓨터 모델로 이를 해결했다.

연구팀이 밝혀낸 바에 따르면 얇고 평평한 종이는 똑바로 떨어지는 물체에 비해 2배 느리게 떨어진다. 또 옆집에서 날아드는 나뭇잎처럼 특정 방향으로 밀리는 경향도 나타났다.

이충환 동아사이언스기자 cosmos@donga.com