주방용 세제와 이쑤시개, 또는 실로 표면장력의 효과를 직접 눈으로 확인해본다. 물 위에 삼각형 모양으로 이쑤시개를 띄우고, 그 가운데에 주방용 세제를 한방울 떨어뜨려보자.

■ 왜 그럴까?!

이쑤시개나 실은 물과의 밀도차나 표면장력으로 인해 물 위에 뜬다. 물 가운데 부분에 액체 세제를 한방울 떨어뜨리면 세제 분자와 물이 섞여 그 부분의 표면장력이 작아진다. 이에 비해 바깥쪽 물은 상대적으로 표면장력이 크다.

따라서 삼각형이나 별 모양을 이루는 이쑤시개의 가운데 부분에 세제를 떨어뜨리면 바깥쪽의 큰 표면장력이 이쑤시개를 끌어당겨 모양을 깨뜨린다. 실고리도 마찬가지다. 바깥쪽의 높은 표면장력으로 사방에서 물이 실고리를 잡아당기므로, 실고리가 완전한 동그라미를 이루는 것이다. 비누방울이나 물방울이 둥근 것도 모든 방향에서 같은 힘으로 잡아당겨지는 표면장력 때문이다.

마이크로 세계를 지배하는 표면장력

개미는 자신의 몸무게보다 무거운 짐에 눌리지 않는 반면, 물방울에 갇혀 꼼짝달싹도 못한다. 소금쟁이는 물 위를 사뿐히 걷는다. 이런 행동은 인간과 같은 큰 동물에게서는 기대하기가 어렵다.

이런 일이 가능한 이유는 표면장력 때문이다. 소금쟁이가 물 속으로 빠지게 하는 중력보다 물이 이를 떠받치는 표면장력이 더 크기 때문이다.
표면장력이 큰 동물보다 작은 곤충에게 크게 작용하는 까닭은 물과의 접촉면적에 있다. 소금쟁이가 물과 접촉하는 발은 무척 가늘어 접촉면적이 적다. 과거 생물학자들은 mm 단위 이하의 세계에서 표면장력이 지배적으로 작용한다는 점을 관찰로 알아냈다.

이같은 표면장력이 최근 마이크로기계기술의 발달과 함께 핵심적인 연구주제로 떠오르고 있다. 전체 크기가 고작 mm 단위이고 내부 구성요소가 μm(마이크로미터, 1μm=${10}^{-6}$m)인 마이크로 세상을 표면장력이 지배하기 때문이다. 표면장력은 마이크로기계의 작동과 제조에 결정적인 영향을 미친다.

그러나 아직 과학자들은 이에 대한 충분한 지식을 갖고 있지 않다. 마이크로기계를 실현시키기 위해서는 표면장력이라는 큰 걸림돌을 적극적으로 해결해야 한다.