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철사로 만든 물고기가 물 위에 떠있다.둥글게 말린 종이뱀이 물 위에서 빙글빙글 돌아간다.


물위에 뜬 철 물고기

■왜 그럴까?

밀도가 7.86g/cm³인 철로 만든 물고기가 어떻게 물 위에 뜰까. 그 이유는 물의 표면장력이 크기 때문이다. 표면의 물분자들은 아래 방향으로 잡아당기는 분자들 간의 인력으로 인해 표면적을 최소로 하려는 표면장력을 갖는다. 특히 물의 경우 물분자가 수소결합을 갖기 때문에 분자간 인력이 세서 다른 액체들에 비해 표면장력이 크다.

소금쟁이가 물 위를 걷는 것이나 물방울이 둥근 까닭도 모두 물의 표면장력 때문이다. 물고기가 떠있는 수면을 보면 물 표면이 물고기의 무게에 눌려 움푹 들어가 있는 것을 확인할 수 있다. 마치 물 표면은 탄력있는 막처럼 작용하는 것이다.


물 위에서 빙글빙글 맴도는 종이뱀

■왜 그럴까?

이 실험은 세제 용액과 물의 표면장력 차이를 이용해 물 위에서 빙글빙글 도는 뱀을 만들어본 것이다. 뱀의 꼬리 부분에 떨어뜨린 세제가 물 위로 퍼져나가면서 주변 물과 섞여 표면 장력이 작아지게 된다. 이때 세제가 퍼져나가는 방향이 가운데 꼬리에서 바깥쪽 머리쪽으로 회전하는 방향이다. 따라서 물이 뱀 모양 사이로 소용돌이를 치면서 바깥으로 끌려나간다. 이는 세제가 퍼지면서 표면장력이 작아지기 때문이다. 따라서 물의 흐름과 반대방향으로 뱀이 돌게 된다.

참고로 여러가지 물질이 공기와 접촉할 때 20℃에서 표면장력(dyne/cm)은 물 72.8, 글리세린 63.1, 비눗물 25-35, 그리고 에탄올은 22.3이다. 한편 수은의 경우 15℃에서 표면장력이 4백87이나 된다. 일반적으로 표면장력은 온도가 올라감에 따라 감소한다. 이 실험에서 주방용 세제 대신 물보다 표면장력이 작으면서 잘 섞이는 물질을 사용해도 된다.