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날이 선 스케이트가 얼음에서 잘 미끄러지는 까닭은 무엇일까. 얼음 중심을 통과하는 니크롬선을 통해 그 이유를 알아보자.
 

■준비물/얼음 조각, 니크롬선 또는 두께 1mm이내의 가는 철사, 코르크 마개가 끼워진 목이 긴 병, 1kg의 추 두 개 또는 망치

■실험방법

1. 코르크 마개가 끼워져 있는 목이 긴 병을 준비한다.
2. 니크롬선을 30cm 정도 자른다.
3. 코르크 마개 위에 얼음조각을 조심스럽게 얹어 놓는다.

4. 무거운 추를 니크롬선의 양쪽 끝에 묶는다.
5. 얼음 조각 위 중앙에 니크롬선을 가로질러 얹어 놓고 떨어지지 않게 조절한다.
6. 얼음 조각 내부로 니크롬선에 통과해가는 것을 관찰한다. 얼음 조각은 이등분 되었는가?

■ 왜 그럴까?

실험을 해보기 전에는 얼음 조각이 쪼개질 것이라고 예상했을 것이다. 하지만 니크롬선이 통과한 얼음은 조각나지 않는다. 그 이유는 압력에 따른 녹는점의 변화 때문이다.

물질의 상태를 변화시키는 원인에는 온도와 압력이 있다. 온도의 변화에 따라 얼음이 물로 변하듯이, 압력이 변해도 물로 변할 수 있다. 예를 들면 외부 압력이 커지면 물질의 녹는점은 낮아진다.

무거운 추가 매달려 있는 니크롬선은 얼음에 압력을 가한다. 압력이 증가하면 얼음은 0℃보다 낮은 온도에서 녹는다. 니크롬선이 통과한 부분은 압력이 작용하지 않으므로 계속 녹지 않고 다시 얼어붙는다. 즉 약간의 흔적을 남길뿐 쪼개지지는 않는다. 이것이 스케이트를 타고 얼음판을 진행해 나갈 수 있는 이유.

스케이트를 처음 배울 때는 오른발과 왼발에 체중을 옮기는 연습이 필요하다. 한쪽 발에 체중을 실으면 스케이트날에 의한 압력으로 얼음이 녹아 물로 변한다. 얼음판 위의 물은 윤활유처럼 작용해 스케이트가 미끄러지도록 한다. 보통 스케이트날의 두께는 1.5-3mm 정도다.
실험에서 사용한 니크롬선의 두께는 스케이트날보다 훨씬 얇기 때문에 흔적을 남기지 않고 얼음을 관통하지만 스케이트가 지나가고 난 자리는 흔적이 남는다. 실제 스케이트날 정도의 두께를 가진 철사를 실험에 사용하면 뚫고 내려가는 간격이 크기 때문에 윗 부분이 얼음으로 다시 동결되기는 힘들다.

이 실험에서와 같이 압력의 증가로 얼음이 녹고, 그 녹은 물이 다시 어는 것을 복빙현상이라고 한다. 빙하가 미끄러져 흘러 내리는 이유도 바로 복빙때문이다. 빙하의 거대한 무게가 압력을 증가시켜 녹는점이 낮아지는 것이다.

■ 신과람박사의 실험파일

1. 코르크마개 이외의 것을 사용하면 얼음과의 접촉면적이 넓어지고, 열전도율이 커서 금방 녹아버린다.
2. 철물점에서 구입할 수 있는 굵은 철사(두께 1.6mm)를 사용하면 금방 통과하지만 얼음은 쪼개진다. 명주실을 사용하면 너무 오래걸려 얼음이 다 녹아버린다.
3. 실험실의 온도가 약 15-20℃일 경우 니크롬선이 얼음을 관통하는 데는 30분 정도 걸린다.