[지식의 창] 콩과 쌀을 섞으면 콩이 위로 올라오는 이유? ‘브라질 땅콩 효과’

[시선뉴스 허정윤]

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알고 보면 우리 생활 곳곳에는 과학이 숨어있습니다. 밥을 짓는데도 예외는 아닙니다. 밥을 지을 때 콩이나 팥 등을 넣는 경우가 있습니다. 이때 콩이나 팥이 맨 위로 올라와 있는 것을 볼 수 있습니다. 여기에도 과학의 원리가 숨어있는데, 이런 현상을 바로 ‘브라질 땅콩 효과’라고 합니다. 오늘은 우리 주변에서도 흔히 볼 수 있는 ‘브라질 땅콩 효과’에 대해 알아봅니다.

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‘브라질 땅콩 효과’는 크기가 다른 여러 종류의 땅콩이 들어 있는 캔을 뜯어보면 항상 크기가 큰 브라질 땅콩이 위로 올라와 있는 데서 붙여진 이름입니다. 1831년 영국의 과학자 ‘마이클 패러데이’가 이 현상을 발견했고 알갱이 물질로 이루어진 알갱이계 에서는 흔히 일어나는 현상입니다.

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‘브라질 땅콩 효과’는 우리 주변에서도 쉽게 확인할 수 있습니다. 우리가 과자를 먹고 났을 때 과자봉지 바닥에 과자가루나 부스러기들이 잔뜩 몰려 있는 것도. 또 시리얼을 그릇에 부었을 때나 각종 잡곡을 섞어서 운반할 때, 또는 겉으로는 곡식들이 잘 섞여 있는 것처럼 보이지만 흔들게 되면 결국 알갱이가 큰 곡식들이 표면으로 떠오르게 되는 것을 볼 수 있습니다.

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브라질 땅콩 효과를 설명하는 몇 가지 가설들이 있습니다. 먼저 상대적으로 작은 낟알의 침투현상인데요. 통이 흔들리며 자유 낙하 현상이 일어날 때 큰 물체 아래 빈공간으로 낟알이 채워지면서 더 큰 입자가 자연스럽게 점점 위로 올라간다는 것입니다.  

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또 다른 가설은 대류현상입니다. 수직으로 흔들리는 모래 알갱이들은 대류현상을 일으켜 양쪽 벽면에 붙은 모래 알갱이들은 아래쪽으로 휘어져 내려가고 내부의 알갱이들은 위로 떠올라 아치형의 층을 형성하는데요. 이 과정에서 가장자리 알갱이들은 더욱 작은 아치형 층을 형성해 계속 내려가고 내부의 알갱이들은 대류현상으로 계속 떠오르는 것입니다. 즉 알갱이가 큰 경우 작은 아치형 층을 형성하기 너무 커 계속 위에 머무르게 되는 것입니다.

로또 추첨 기계에서도 브라질 땅콩 효과가 적용됩니다. 공의 크기가 조금만 달라도 특정한 번호가 자주 뽑힐 수가 있기 때문에 공들을 흔드는 것이 아니라 공기압으로 뒤섞는 방법을 사용하고 있습니다. 그리고 모래와 흙, 자갈 등이 섞인 건축자재, 제약회사의 약품, 분유 등을 비롯한 알갱이로 되어있는 혼합물들은 이 ‘브라질 땅콩 효과’를 피해갈 수 없어 주기적으로 섞어주는 과정을 거쳐야 합니다.

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공사 현장의 레미콘 드럼이 콘크리트를 담고 계속 돌아야 하는 이유도 바로 이 때문인데요. 이처럼 우리 생활 속에는 과학의 원리가 곳곳에 숨어 있습니다. 분유나 통에 담긴 분말 상품들도 먹기 전 통을 흔들어 주거나 옆으로 굴려주면 균일한 맛을 유지할 수 있다는 점, 팁으로 생각해두시면 되겠습니다.