전선은 왜 윙윙 울리고, 깃발은 왜 펄럭일까 · 흐름의 이유

실험 재생 중

가는 전선보통굵은 전선

보자:

바람이 전선을 지나면 바로 뒤에서 소용돌이(빙빙 도는 공기 덩어리)가 위쪽에서 하나, 아래쪽에서 하나씩 번갈아 전선에서 떨어져 나가 바람에 실려 간다. 주황은 시곗바늘 반대 방향, 하늘색은 시곗바늘 방향으로 도는 공기이고, 흰 점은 공기에 실려 떠가며 그 길을 보여 준다. 실험의 전선은 움직이지 않는다. 가는 전선에서는 소용돌이가 더 작고, 더 짧은 간격으로 떨어진다.

이유:

전선 뒤에서 소용돌이가 위아래로 번갈아 떨어질 때마다 전선 둘레의 압력(공기가 미는 힘)이 위아래로 번갈아 바뀌고, 이 압력의 떨림이 공기를 타고 퍼져 소리가 된다. 소용돌이는 바람이 셀수록, 전선이 가늘수록 더 자주 떨어지므로 음이 높아진다.

실제 전선이라면(바람 초속 10m)

굵기는 실제 전선의 굵기이고, 가는·보통·굵은의 순서는 실험과 같다. Hz는 1초에 떠는 횟수로, 클수록 높은 음이다. 누르면 실험의 소리가 아니라 셈한 높이의 음이 1초 동안 작게 울린다. 무음 모드에서는 들리지 않는다.

실제로는

전선 소리는 비벼서 나는 소리가 아니다. 공기는 전선 겉에 달라붙어 느려지고(끈적임), 이 느린 공기는 전선 뒤쪽에서 다시 높아지는 압력을 이기지 못해 전선을 떠나며 소용돌이가 된다. 소리의 높이는 겉이 거친지 매끈한지가 아니라, 바람의 세기와 전선의 굵기가 정하는 이 떨어짐의 빠르기를 따른다. 실제 바람 속 전선 뒤의 흐름은 이 실험보다 훨씬 어지럽지만, 번갈아 떨어지는 리듬은 그대로 남는다.

전선이 흔들리지 않아도 소리는 난다. 다만 이 리듬이 기타 줄을 튕겼을 때처럼 전선이 저절로 떠는 빠르기와 맞으면, 전선이 크게 흔들리고 소리도 커진다. 바람이 없는 날 고압선에서 나는 지직거리는 소리나 변압기의 웅 소리는 전기가 내는 소리라서 이것과 다르다.

깃발도 바람에 펄럭이지만 주된 까닭은 다르다. 얇아서 아주 잘 휘는 천이 조금 휘면, 휜 곳을 지나는 바람이 그 양쪽에 압력 차를 만들어 휨을 더 키우고, 그 휨이 물결처럼 뒤로 흘러간다. 천의 뻣뻣함과 바람에 끌려 팽팽해지는 힘이 이를 막지만, 깃발은 얇아 아주 잘 휘므로 약한 바람에도 미는 쪽이 이긴다. 바람과 천이 이렇게 주고받는 흔들림이 펄럭임의 주된 원인이다. 깃대 뒤에서 떨어지는 소용돌이도 거들지만, 깃대가 없어도 천은 펄럭인다. 이 실험의 전선은 휘지 않는 단면이라 깃발은 다루지 못한다.

일에서 보면

높은 굴뚝, 다리의 줄, 긴 안테나처럼 바람을 맞는 둥근 기둥은 같은 소용돌이에 흔들린다. 굴뚝 꼭대기에 두르는 나선형 띠는 소용돌이가 한 줄로 가지런히 떨어지지 못하게 흩트리고, 송전선에 다는 작은 추는 떨림을 빨아들인다.