물방울 속 공기방울은 어떻게 생겨

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출처 : 한국환경공단

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기준일 : 2019월 09월 24일

자가용 승용차 천 대/연 절감효과
나무식재효과 천 그루/연

출처 : 자가용승용차 연평균 CO2배출량(한국기후환경네트워크)
30년산 소나무 1그루는 연간 6.6kgCO2 흡수(국립산림과학원)
전일누계, 월누계, 연누계(K-water)

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2. 물방울이 둥근 이유

• 1. 지구의 물은 어디서부터 어떻게 생겨났을까?
• 2. 물방울이 둥근 이유
• 3. 물의 온도는 왜 잘 변하지 않을까?
• 4. 물은 수축할까?
• 5. 물이 어는 기준은?
• 6. 물에도 종류가 있을까?
• 7. 물과 날씨, 어떤 관계가 있을까?
• 8. 강수(눈, 비, 우박)란?
• 9. 태풍은 어떻게 발생할까?
• 10. 삼투압이란 무엇일까?
• 11. 모세관 현상이란 무엇일까?
• 12. 틈사이 물의 어는점은?
• 13. 유레카를 외치며 아르키메데스가 발견한 힘, 부력의 원리는?

물방울이 둥근 이유?

여러분은 물방울이 둥근 이유에 대해서 생각해 본 적 있으신가요? 사소한 일 하나에도 다 이유가 있듯이 물방울이 둥근 모양을 유지하고 있는 데에도 중요한 이유가 있다고 하는데요. 오늘은 그 중요한 이유인 ‘표면장력’에 대해서 알아보겠습니다.

비 오는 날 창문에 떨어지는 빗방울, 꽃잎에 매달린 아침 이슬, 수도꼭지에 맺힌 수돗물 등 어떠한 상황에서도 구슬처럼 동글동글한 모양을 유지하고 있는 물방울. 그 이유는 바로 물의 표면장력 때문인데요. 이 표면장력은 어떠한 원인으로 생기는 힘인지 알아볼까요?

1. 물의 표면장력

물을 비롯한 액체내의 분자들은 매우 촘촘히 모여 있어 서로 밀고 당기는 힘이 크게 작용한답니다. 이러한 액체 분자의 힘은 기체 보다 크고 고체 보다는 작은 정도 입니다. 즉 고체 분자들이 액체 분자들 보다 밀집도가 더 높다는 뜻이죠. 이러한 고체, 액체, 기체 사이에서도 액체는 용기 모양에 따라 그 모습이 달라지는 특유의 성질을 지녔는데요. 이는 액체의 내부 분자와 표면 분자들의 성질이 다르기 때문이죠. 표면 장력이란 바로 이 표면 분자가 갖는 에너지를 말하는 것입니다. 그렇다면 이 표면장력 으로 인해 물이 둥근 모양을 유지한다는 것은 무슨 말일까요?

공기에 노출되는 표면 분자들은 성질이 다른 내부 분자들에 의해 끌어 당기는 힘을 받게 되면 그 힘에 저항 하기 위해 더 이상 압축이 안 되려 하는 힘을 내서 분자의 균형을 맞추 어야 합니다. 그러므로 표면 분자들은 내부 분자들에 비해 상대적으로 늘 불안정하죠. 때문에 액체는 표면적을 최소화하려는 성질을 갖는 것입니다. 따라서 공기에 노출되는 면적을 최소화 할 수 있는 구 모양을 유지하게 되는 것이죠.

2. 물 보다 큰 수은의 표면장력

한편 물 보다 구 모양을 유지하려는 힘이 더 큰 것이 바로 금속물질인 수은인데요. 수은이 이렇게 큰 표면장력을 갖고 있는 이유는 무엇일까요?
여러 액체 중에서도 물은 분자간의 상호작용인 인력이 크게 작용하는데요.
그 이유가 바로 물에 포함되어 있는 수소성분 때문이랍니다. 수은은 이 수소결합이 물 보다 훨씬 강해 수은의 표면장력이 물의 표면장력보다 클 수 밖에 없는 것이죠. 눈으로만 봐도 수은이 물보다 액체 응집력이 더 큰 것을 확인할 수 있죠.

3. 소금쟁이가 물에 뜨는 원인

이러한 표면장력은 하천이나 저수지에 사는 곤충, 소금쟁이가 물에 떠다니는 원리에서도 관찰할 수 있는데요. 수면 위를 아무리 뛰어 다녀도 물 속으로 가라앉지 않는 소금쟁이. 앞서 말했듯 물은 인력이 크게 작용해 표면이 탄성 있는 막처럼 움직이곤 하는데요. 이러한 원리를 이용해 소금쟁이는 긴 다리를 쫙 펼쳐 물과 닿는 표면적을 최대한 넓게 하고 탄성력 있는 물 위를 걸어 다니는 것 입니다.
또한 소금쟁이의 다리는 기름에 젖은 털로 덮여 있어 물과 섞이기 어려운 것도 있답니다.

아름다운 구 모양, 물방울의 미학. 원리를 알고 보니 더 많은 것이 보이는 것 같죠?
앞으로 더 많은 물에 관한 정보로 여러분을 찾아갈테니 다음 이야기도 기대 많이 해주세요!

* 출처 : K-water