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햇빛이 뜨겁게 내리던 날, 놀이터를 지나던 섭섭박사님은 깊은 한숨을 내쉬는 돋보기를 발견했어요. 무슨 일인지 묻자 돋보기는 친구들과 풍선 놀이를 하고 싶은데 자꾸 풍선이 터져서 같이 놀 수 없다고 말했어요. 섭섭박사님은 실험을 통해 돋보기를 돕기로 결심했습니다.

 

➊ 파란색 풍선에 돋보기를 비춘다.

➋ 얼마 만에 터지는지 숫자를 센다.

➌ 주황색 풍선에 돋보기를 비춘다.

➍ 얼마 만에 터지는지 숫자를 센다.

➎ 흰색 풍선에 돋보기를 비춘다.

➏ 기다려도 터지지 않는지 확인한다. 

➐ 흰색 풍선 안에 보라색 풍선을 넣은 겹풍선을 준비해 돋보기를 비춘다.

➑ 어떤 풍선이 터지는지 확인한다.

 

왜 이런 일이?

→ 결과 : 흰색 풍선을 제외한 나머지 풍선이 터진다!

돋보기는 렌즈의 양면이 튀어나와 있는 볼록렌즈의 한 종류예요. 볼록렌즈는 가운데가 가장 두껍고 가장자리로 갈수록 얇아져요. 이렇게 생긴 렌즈는 빛을 한 점으로 모이도록 하는 특성이 있어요. 그래서 돋보기를 비추면 빛이 한 곳에 집중되면서 그 부분이 뜨거워집니다. 한편, 풍선의 재료인 고무는 열을 받으면 서로 붙잡는 힘이 약해지는 물질이에요. 풍선이 그냥 햇빛 아래에 있을 때는 열이 골고루 분산되어 터질만큼 뜨거워지지 않아요. 하지만 돋보기로 열을 한곳에 모으면 금방 결합이 깨져 터지고 말아요. 그런데 왜 풍선마다 터지는 데 걸리는 시간이 다를까요? 또 흰색 풍선은 왜 기다려도 터지지 않을까요? 다음 실험에서 확인해 봅시다!

 

 

토지 개발과 산업화로 도심의 기온이 주변 지역보다 유독 높아지는 현상을 ‘열섬 현상’이라고 해요. 열섬 현상이 심하면 열사병 등 온열 질환의 위험이 커져요. 그래서 사람들은 보통 옷보다 더 시원하게 입을 수 있도록 만든 ‘냉각 기능 옷’을 입기도 해요. 지금 판매되는 냉각 기능 옷은 주로 바닥에 눕힌 상태에서 빛을 반사하도록 설계됐어요. 하지만 실제 생활에서 옷을 입고 야외 활동을 할 때는 바닥과 수직이 되는 상태에 놓여서 열에너지 반사 효율이 낮아지는 문제가 있었어요. 

 

최근 한 연구팀이 이 문제를 해결한 새로운 옷감을 개발했어요. 6월 13일, 미국 시카고대학교 쉬포춘 교수팀은 빛의 반사와 흡수 원리를 이용해 사람에게 오는 태양열을 100% 가까이 반사하는 새로운 섬유에 관한 연구 결과를 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했어요. 연구팀은 옷을 입고 서 있을 때 가장 효율적으로 빛을 반사하도록 섬유 구조를 설계했으며, 섬유층을 여러 개로 만들어 각각 다른 파장의 빛을 반사할 수 있도록 재료를 달리했어요. 태양 빛은 하나로 보이지만 사실 여러 종류의 빛이 함께 모여 있는 상태거든요. 

 

빛의 종류가 다르다는 건 빛의 특성을 결정하는 ‘파장’의 길이가 다르다는 말과 같아요. 파장의 길이에 따라 빛은 색깔도 달라지고 에너지의 크기도 달라져요. 사람이 볼 수 있는 빛인 가시광선, 보이진 않지만 우리의 피부를 태우고 있는 자외선, 열을 측정하는 실험에서 종종 볼 수 있는 적외선 등 다양한 빛이 모여 태양 빛을 이뤄요. 이번에 만든 옷감은 이런 다양한 빛을 반사할 수 있게 만들어진 거예요.

 

새 옷감의 성능을 확인하기 위해 다양한 기후 조건에서 야외 실험을 진행한 결과, 새로운 옷감으로 만든 옷을 입은 사람에게 도달한 열의 온도는 기존 냉각 기능 옷을 입은 사람에게 도달한 열보다 최대 8.9℃가 낮았어요. 또 새로운 옷의 태양 빛 반사율은 약 97%에 달했죠. 

 

연구팀은 앞으로 이 기술을 건물 외벽이나 자동차 시트 등 다양한 곳에 적용할 계획이에요. 연구를 이끈 쉬포춘 교수는 “새로운 직물이 도시 생활을 쾌적하게 만드는 데 큰 역할을 할 것”이라고 말했어요. 

 

➊ 흰색 풍선에 매직으로 글씨를 쓰거나 그림을 그린다.

➋ 매직으로 칠한 부분에 돋보기를 비춘다.

➌ 빛이 글씨에 닿는 순간 터진다.

➍ 터진 위치를 확인한다.

 

 

왜 이런 일이?

→ 결과 : 검은색 글씨 부분에서 풍선이 터진 것을 확인할 수 있다!

흰색 풍선에 햇빛을 비추었을 때 풍선이 터지지 않았던 이유는 흰색이 빛을 잘 반사하기 때문이에요. 흰색 물체는 거의 모든 색의 빛을 다 반사하는데, 이 때문에 돋보기로 빛을 모아도 풍선의 온도가 크게 올라가지 않았던 거죠. 하지만 검은색은 흰색과 반대로 거의 모든 색의 빛을 흡수해서 열로 바꿔요. 그래서 검은색 매직으로 글씨를 쓴 부분에 빛이 닿으면 그 부분의 온도가 빠르게 올라가 금방 터지게 되는 거예요. 이처럼 빛을 흡수하는 정도는 색깔마다 달라요. 156쪽 가시광선 그림에서 왼쪽에 있는 색일수록 빨리 뜨거워지고 오른쪽에 있는 색일수록 천천히 뜨거워져요. 그림을 보고 내가 가진 풍선 중 어떤 풍선이 빨리 터질지 생각해 보고 실험으로 직접 확인하세요!