d라이브러리

섭섭박사님이 여름 방학을 맞아 워터파크에 놀러갔어요. 신나게 미끄럼틀을 타던 섭섭박사님은 집에도 미끄럼틀이 있었으면 좋겠다고 말했지요. 그러더니 미끄럼틀을 직접 만든다는데…! 대체 어떻게 미끄럼틀을 만드신다는 걸까요?

도전
실험

미끄럼틀을 만들어라!

섭섭박사님이 미끄럼틀을 만들겠다며 준비한 건 다름 아닌 마 끈과 컵이었어요. 컵에 물을 따르고 마 끈을 물컵에 담그더니 잠시 지켜보시는 거예요. 아니 이게 무슨 상황일까요?

왜 
이런 일이?

>; 결과 : 물이 끈을 타고 흘러 빈 컵으로 이동한다.
마 끈을 물에 적시지 않고 물을 부으면, 물이 실을 따라 흐르지 않고 쏟아집니다. 그런데 실을 물에 적시고 물을 흘리면 물이 실을 따라 흐르죠. 이는 물의 ‘부착력’과 ‘응집력’ 때문이에요.

모든 분자에는 양(+)과 음(-)의 전하가 있어 서로를 잡아당기는 힘이 있어요. 덕분에 서로 다른 물체가 닿아 있을 때 붙으려 하는 힘인 부착력이 생기죠. 따라서 실을 물에 담그면 부착력 덕분에 물 분자들과 실 분자가 서로 붙어 있게 돼요.

젖은 실에 물을 부으면 물이 실을 따라 흘러요. 이는 물 분자들이 서로 뭉치려고 하는 응집력이 발생하기 때문이에요. 실이 젖어 있으면 컵에서 흘러나온 물 분자들이 끈에 있는 물 분자들에 끌려가게 되어 실을 타고 물이 흐르게 됩니다.

한걸음 
더!

물이 움직이는 블록?!

식물은 ‘물관’이라는 통로를 통해 물을 뿌리에서 잎까지 이동시켜요. 물관을 모방해 물이 안에서 저절로 움직일 수 있는 블록이 개발됐대요!

휴지 한 귀퉁이를 물에 살짝 적시면 물이 금세 다른 부분까지 퍼져 휴지가 젖어버립니다. 휴지는 가느다란 섬유들로 이루어져 있는데, 물이 이 섬유를 타고 이동하기 때문이죠. 물은 얇은 관 안에 있을 때 벽에 붙으려는 부착력과 물 분자들끼리 뭉쳐 있으려고 하는 응집력이 있어요. 그래서 얇은 관 벽에 붙은 물 분자를 따라 아래에 있는 물 분자들도 끌려간답니다. 이러한 현상을 ‘모세관 현상’이라고 합니다. 

모세관 현상은 식물이 물을 흡수하는 과정에서도 나타납니다. 식물은 뿌리로 흙에 있는 물을 흡수해서 잎까지 전달해요. 식물의 뿌리와 줄기, 잎에는 물의 이동 통로인 물관이 있어요. 이 물관에서 모세관 현상이 일어나면서 물이 뿌리에서 잎까지 이동할 수 있답니다. 

2021년 6월 30일 미국 로렌스리버모어국립연구소 니콜라 두두코비치 연구원팀은 식물의 물관을 모방하여 원하는 방향으로 액체와 기체가 흘러가게 할 수 있는 구조의 블록을 개발했다고 발표했어요. 이 블록은 한 변의 길이가 1.5mm인 정육면체로 이루어져 있어요. 각 칸은 관으로 이뤄진 뼈대로 이뤄져 있으며 뼈대 지름은 500μm●(마이크로미터)에서 1000μm로, 3D 프린터●로 제작됐답니다. 블록의 한 칸에 물을 떨어뜨렸더니 모세관 현상이 일어나 물이 다른 칸으로 이동했어요. 연구팀은 “블록의 뼈대 굵기를 조절하여 인공 장기 내에서 특정 물질이 원하는 위치로 이동하게 하는 데에 이 기술을 활용할 수 있을 것”이라고 기대했습니다.

●1μm(마이크로미터) = 백만 분의 1 미터.
●3D 프린터: 원하는 모양을 입체로 인쇄할 수 있는 기계.

도전! 섭섭박사
실험왕!

박준서
연필을 물 봉지에 꽂는 실험을 성공했어요! 터질까 봐 조마조마 했어요.

실험 
하나 더!

무지개 수영장을 만들자!

미끄럼틀을 열심히 탄 섭섭박사님은 배가 고프다며 초콜릿을 먹기 시작했어요. 그러더니 손에 쥔 초콜릿으로 풀장을 알록달록하게 만들고 싶대요. 무슨 생각인 걸까요?

왜 
이런 일이?

>; 결과 : 색소가 무지개처럼 알록달록하게 퍼진다.
색깔이 있는 초콜릿에는 물에 녹는 식용 색소가 입혀져 있어요. 초콜릿에 물이 닿으면 이 색소가 물에 녹아 나오죠. 물에 녹은 색소는 색소의 분자의 수가 많은 곳에서 적은 곳으로 이동하며 퍼져요. 이처럼 액체나 기체 상태의 입자들이 밀집해 있는 곳에서 입자의 수가 적은 곳으로 퍼져 나가는 현상을 확산이라고 합니다. 물이 담긴 컵에 사인펜 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 물컵 전체로 잉크가 퍼지고, 방 안에 방향제를 두면 방향제의 향이 방 전체로 퍼지게 되는 것이 확산의 예지요.
접시 가장자리에 알록달록한 초콜릿들을 둘러 배치한 뒤 물을 뿌리면 색소들이 서로 맞닿아 있지 않은 방향으로 확산해요. 그 결과 색소는 옆이 아닌 접시의 중심을 향해 이동하면서 알록달록한 무지개 무늬를 만듭니다. 시간이 흐르면 이 색소들의 색이 모두 섞여서 검은색으로 변하게 된답니다.

이번 실험을 직접 해본 뒤 실험 사진을 어과수TV - 실험 영상에 댓글로 올려 주세요. 
응모한 친구들 중 멋진 사진을 뽑아 선물을 드립니다!