"왜 이렇게 흔들리지?"...공진현상 아시나요

[아시아경제 김수진 기자]'랩온어칩(Lab-on-a-chip)'은 실험실을 조그만 칩 안에 집어 넣은 '칩 위의 실험실'이다. 명함이나 손톱만한 크기의 평면 기판에 액체나 기체 시료가 흐를 수 있는 파이프를 심거나 전극을 이용해 시료를 이동시킨다. 이동 지점마다 DNA 검출 등의 반응이 일어나 예전에는 커다란 실험실에서 하던 검사 등을 칩 하나로 해결할 수 있다.

지난해 7월 건물이 흔들리는 소동을 빚었던 테크노마트

최근에는 포스텍에서 재미있는 기술을 내놨다. 랩온어칩 위에서 '3차원'으로 시료를 옮기는 기술이다. 지금까지는 시료가 칩 위에서 평면으로 움직였다. 이 때문에 각 분석 지점에 시료가 묻을 수 있어 세척액을 넣어 헹궈주는 방법 등을 써 왔다. 반면 포스텍에서는 액체 시료가 다른 시료를 껑충 뛰어넘는 3차원 이동법을 개발했다. 그렇다면 액체 방울은 어떻게 위로 움직이는 것일까? 비결은 공진현상이다.

모든 물체는 고유한 진동 특성인 '고유주파수'를 갖고 있다. 이 고유 주파수와 같거나 비슷한 하중의 주파수가 가해지면 물체가 무한대로 진동하게 된다. 이것이 공진현상이다. 공진현상을 이용하면 물체를 마구 흔들지 않아도 큰 진동을 이끌어낼 수 있다. 포스텍 역시 물방울에 공진현상을 이용, 진동을 줘서 물방울이 튀어오르게 만든 것이다.

공진현상의 힘을 보여주는 현상으로는 미국 워싱턴주 타코마 다리 붕괴사건이 꼽힌다. 1940년 건설된 타코마 다리는 853m 규모로 당시 세계에서 세번째로 긴 다리였다. 그러나 약 1시간동안 초속 19m 강풍을 맞고 다리가 붕괴해버린다. 우연히 다리의 고유 진동수와 바람의 진동수가 일치해 엄청난 '떨림'이 발생한 것이다. 비슷한 사례로 2000년 개통된 런던 템스강의 밀레니엄 다리도 사람들이 모여들자 흔들리기 시작해 영국 정부에서 2년간 보수를 거쳐 재개통했었다.

지난해 7월 서울 강변역 테크노마트가 무너질 듯이 진동했던 원인도 공진현상 때문이라는 의견도 제시됐었다. 테크노마트 건물 내 흔들림 현상이 일어나 내부에 있던 사람들에게 퇴거 명령이 내려지는 등 소동이 빚어졌던 사건이다. 전문가들은 건물 안 4D 영화관과 피트니스 센터의 러닝머신, 태보 수업 등으로 발생한 진동이 건물 진동과 일치해 공진현상이 발생했다고 주장했다.

공진 현상은 일상 생활에서도 찾아볼 수 있다. 그네가 앞뒤로 움직이는 박자에 맞춰 발을 구르면 진동폭이 커진다. 전자레인지로 음식을 데울 수 있는 것도 마이크로파를 이용, 음식 속 물 분자가 진동하면서 마찰열을 만들어내는 원리다.

김수진 기자 sjkim@