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꽃을 좋아하는 섭섭박사님은 겨울엔 꽃을 보기 힘들다며 속상해해요. 그러던 찰나, 박사님 머릿속에 아이디어 하나가 번뜩 떠올랐어요. 꽃을 피울 수 있다며 가져오신 건 다름 아닌 우유와 세제?! 우유랑 세제로 어떻게 꽃을 피울 수 있다는 거죠?  

도전
실험

우유와 세제로 물감 꽃을 피워 보자!

세제는 우유의 표면장력을 약화시킵니다. 표면장력이 약해진 우유가 퍼져나가는 모습을 관찰하기 위해서 물감을 뿌리는 거죠!

왜 
이런 일이?

>; 결과 : 우유 위의 물감이 바깥으로 흩어진다.
세제가 들어가자 우유 속에 꽃이 피었죠? 바로 ‘표면장력’이 변하면서 일어나는 현상입니다. 표면장력은 액체의 표면이 스스로 뭉쳐 작은 방울을 만들려는 힘이에요. 물방울이 동그란 이유도 이 때문이죠. 액체는 액체 분자끼리 서로를 당기는 힘인 응집력을 갖는데, 서로를 당기다 보니 표면이 최대한 작은 구형을 만들게 되는 거예요.
세제 속의 ‘계면활성제’ 분자는 우유 속 물 분자와 지방 입자 모두와 친한 성질이 있어요. 그래서 물 분자의 표면장력을 약하게 해 서로 섞이게 만듭니다. 접시 가운데는 세제 때문에 표면장력이 약해졌고, 세제 성분이 닿지 않은 바깥 부분은 상대적으로 표면장력이 강하기 때문에 색소가 안에서 바깥으로 퍼지며 꽃이 피었던 것이죠.

한걸음 
더!

표면장력, 어떻게 쓰일까?

표면장력을 활용하는 대표적인 곤충은 소금쟁이예요. 여기, 소금쟁이처럼 물 위를 이동하는 로봇이 나왔어요.

지난 10월 25일, 미국 미시건기술대학교 하산 마수드 기계공학과 교수팀이 소금쟁이처럼 물에서 표면장력을 이용해 전진할 수 있는 서핑 로봇을 발표했어요.

하산 교수는 물 표면에서 빠르게 움직이는 소금쟁이에게 영감을 받아 로봇을 설계했습니다. 소금쟁이는 표면장력을 이용해 물에서 아주 빠르게 이동할 수 있어요. 소금쟁이는 지방질로 가득한 분비물을 꽁무니에서 배출해 몸 뒤쪽에서 서로 뭉치려는 물의 표면장력을 약하게 만듭니다. 분비물로 인해 물의 표면장력이 약해지면 물이 퍼지며 뒤에서 앞으로 소금쟁이가 빠르게 앞으로 나아갈 수 있지요.

표면장력 변화를 이용한 이동 방식을 ‘마랑고니 추진력’이라고 해요. 연구팀은 이 로봇을 마랑고니 추진력을 활용한 로봇이란 의미에서 ‘마랑고니 서퍼’라고 불렀어요. 마랑고니 서퍼는 소금쟁이가 꽁무니에서 배출한 분비물을 본뜬 계면활성제 역할의 ‘이소프로필 알코올(IPA)’ 용액을 방출하며 소금쟁이처럼 빠르게 이동할 수 있었습니다.

마수드 교수는 “이 로봇에 소형 카메라를 탑재하면 자연 속에서 사람이 접근하기 힘든 장소나 생물에 접근해 근접 촬영하는 용도로 활용할 수 있다”며 “자연을 연구하는 과학자들에게 유용할 것”이라고 전했답니다.

실험 
하나 더!

물이 든 봉투를 찔러도 터지지 않는다?!

열심히 실험을 마친 섭섭박사님이 목이 마르다며 물을 가득 떠왔어요. 그런데 표면장력에 관해 하나 더 보여주시겠다며 갑자기 지퍼백에 물을 채워 꼬챙이로 푹 찌르는데….

왜 
이런 일이?

>; 결과 : 꼬챙이를 여러 개 찔러도 물이 거의 새지 않는다!

물은 액체 중에서도 표면장력이 강한 물질이에요. 물의 강한 표면장력은 물을 가득 채운 지퍼백에 꼬챙이를 찔러도 물이 새지 않도록 해줍니다. 응집력 때문에 뾰족한 나무 꼬챙이로 지퍼백을 뚫어도 그 틈으로 물이 흘러나가지 않았죠. 잔잔한 강에 넓적한 돌맹이를 던져서 멀리 보내는 물수제비나 둥근 비눗방울을 만드는 것도 물의 강한 표면장력을 이용한 놀이랍니다.

표면장력이 가장 센 액체는 액체 금속인 수은입니다. 수은은 표면장력이 너무나도 강한 나머지 바닥에 흘려도 바닥 표면에 붙지 않고 동그란 구슬 모양을 유지하지요. 반대로 손 세정제의 주요 원료인 알코올은 물보다 표면장력이 약합니다. 분자 간에 끌어 당기는 힘인 인력이 약하기 때문이죠. 알코올은 분자 간의 약한 인력 때문에 손에 묻었을 때 물보다 빠르게 증발한답니다.