스파게티는 왜 여러 조각으로 부러질까…첫 균열 뒤의 반동

마른 스파게티 한 가닥을 양쪽에서 굽히면, 한 번의 ‘뚝’으로 두 조각만 생길 것 같다. 실제로는 세 조각 이상이 되기 쉽다. 처음 끊어진 부분이 되튕기며 만든 굽힘파가 면을 타고 퍼져, 다른 곳에도 파손을 일으키기 때문이다. 처음 어디가 부러지는가뿐 아니라, 그다음 아주 짧은 시간에 무슨 일이 생기는가가 중요하다.

처음 끊어졌다고 저장된 힘이 모두 사라지지는 않는다

2018년 MIT가 소개한 연구는 기존의 반동 설명에서 한 걸음 더 나아갔다. 길고 얇은 막대가 굽은 상태에서 끊어지면 곧게 돌아가려는 움직임이 생긴다. 그 움직임이 굽힘파를 만들고, 다른 지점의 굽힘을 다시 키워 추가 파손으로 이어질 수 있다. 여러 조각이 동시에 생긴 것처럼 보여도 실제로는 파손이 연쇄적으로 진행된다.

연구진의 PNAS 논문은 고속 촬영과 계산을 통해 첫 균열의 진행, 두 조각의 분리, 뒤이은 추가 파손이 서로 다른 시간 규모에서 일어남을 다뤘다. 면이 여러 조각으로 나뉜다는 결과만 보고, 손으로 동시에 여러 군데를 꺾었기 때문이라고 설명할 수는 없다.

세게 굽히는 대신, 먼저 비틀면

연구진은 면을 충분히 비튼 뒤 천천히 굽히는 방법으로 두 조각 파손을 유도했다. 비틀림도 첫 파손에 필요한 응력에 기여하므로, 덜 굽어진 상태에서 첫 파손이 일어날 수 있다. 그러면 굽힘에서 생기는 반동도 약해진다.

여기에 비틀림이 풀리는 효과가 더해진다. 논문과 MIT 설명에 따르면 비틀림파는 굽힘파보다 빠르게 전파되며 에너지가 소산된다. 추가 파손을 일으킬 만큼 응력이 다시 모이는 것을 억제하는 것이다. 비틀면 면이 무조건 더 튼튼해진다는 뜻과는 다르다.

몇 도만 돌리면 된다는 만능 공식은 아니다

논문은 길이를 맞춘 시료와 좁은 온도·습도 범위에서 실험했고, 같은 비틀림 각도에서도 재료의 불균일성 때문에 조각 수가 달라질 수 있다고 설명한다. 특정 각도를 집의 모든 스파게티에 그대로 적용해 두 조각을 보장할 수는 없다.

설명에 사용한 모델도 길고 얇은 원통형 막대를 대상으로 한다. 납작한 링귀네나 익힌 면까지 같은 결과라고 넓히지 않았다. 이 오래된 연구에서 지금도 흥미로운 답은 ‘첫 파손이 끝이 아니다’라는 점이다. 그 뒤에 퍼지는 파동을 바꾸면, 부러지는 방식도 달라질 수 있다.