[대결~! 섭섭박사를 이겨라!] 스르륵~ 표면장력으로 가는 배

열 번째 대결

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지난 대결에서 우승한 뒤 한껏 승리감에 빠져 있는 섭섭박사님! 이번 대결도 꼭 이기고야 말겠다고 하시네요. 하지만 이번엔 좀처럼 쉽지 않을 걸요? 도전자들이 표면장력에 대해 미리 알아보고 왔거든요. 이번 대결의 승리는 과연 누가 거머쥐었을까요?​


 대결 전, 상식 쌓기  표면장력이 뭘까?


연잎 위를 또르르 구르는 물방울을 본 적이 있나요?
소금쟁이가 물 위를 우아하게 미끄러지는 모습은요?

이 모든 것이 바로 표면장력 덕분이랍니다.

표면장력은 액체가 표면적을 작게 하려는 힘을 말해요. 이런 표면장력은 액체를 구성하고 있는 분자 사이에 당기는 힘이 작용하기 때문에 생겨요.

예를 들어 물은 수소(H) 두 개와 산소(O) 한 개가 결합한 H2O라는 분자들로 이루어져 있어요. 물 분자들 사이에는 *수소결합으로 인해 서로 당기는 힘이 작용하고 있지요. 즉, 물속에 있는 물 분자들은 이웃에 있는 물 분자들에 의해 모든 방향으로 당겨지고 있어요.

*수소결합 : 분자 속 수소 원자와 다른 분자의 질소, 산소와 같은 원자 사이에 일어나는 화학 결합. 물의 경우 수소가 다른 물 분자의 산소를 끌어당겨서 생기는 결합을 말한다.

하지만 물 표면의 분자들은 안쪽 물 분자에 의해서만 당겨져요. 그 결과 불안정한 상태가 돼요. 자연에서는 가능하면 불안정한 표면의 물 분자를 줄여서 안정적인 상태로 있으려 하기 때문에 떨어지는 물방울은 둥근 ‘구’ 형태가 되지요. 구는 같은 부피일 때 표면적이 가장 작은 구조랍니다.
 

 본격 대결!  표면장력으로 배를 움직여 보자!

STEP➊ 표면장력으로 가는 배 만들기

오늘의 도전과제는 바로 표면장력으로 가는 배! 표면장력이 작아지면 표면이 넓게 퍼져요. 그 결과 배가 움직이게 되지요. 물의 표면장력을 줄이려면 물보다 표면장력이 작은 물질을 섞으면 돼요. 그게 바로 알코올이지요. 알코올은 물에 비해 표면장력이 3분의 1 정도로 작거든요. 표면장력이 작은 알코올을 물에 떨어뜨리면 둘이 섞이면서 표면이 퍼지게 되고 배가 앞으로 나아간답니다.

이를 위해 스펀지를 배 모양으로 자른 뒤, 배 뒷부분에 알코올이 퍼져나갈 부분도 1cm 정도 선 모양으로 잘라 줘야 해요. 그 다음 스펀지 배 위에 동그란 스펀지를 붙여 알코올을 떨어뜨릴 빨대를 끼우면 완성!
 

STEP➋ 균형이 중요해!

우와~! 스포이트로 빨대에 알코올을 떨어뜨렸더니 스르륵 배가 앞으로 움직였어요. 그런데 배가 옆으로 가거나 빙글 도는 일이 발생했어요. 도대체 왜 이런 걸까요?

스펀지를 배 모양으로 자를 때 양쪽의 균형이 잘 맞지 않은 게 문제였어요. 이럴 땐 배의 모양을 다듬거나 아예 배를 다시 만들어야 해요. 더 중요한 점은 빨대에 정확하게 알코올을 떨어뜨려야 한다는 거예요. 배의 뒷 부분에 알코올이 섞이면서 표면장력이 달라져 앞으로 나아가야 하는데, 배의 옆에 알코올이 떨어지면 배가 앞으로 나가지 못한답니다.
 

STEP➌ 누구의 배가 가장 빠를까?

본격적인 대결에 앞서 예선전이 치러졌어요. 2명씩 대결을 해서 이긴 친구끼리 다시 대결하는 토너먼트가 펼쳐졌죠. 빨대로만 알코올이 쏙쏙 들어갈 수 있게 손끝에 바싹 힘을 실었답니다.

2명씩 대결을 한 결과, 3명이 예선을 통과했어요. 어? 그럼 한 명이 부족하잖아요. 이럴 때 해야 하는 것이 바로 패자부활전!

패자부활전을 치르고 예선을 통과한 4명이 불꽃 튀는 대결을 벌인 끝에 김희선 친구가 섭섭박사님의 도전 상대가 됐어요.

드디어 본격 대결! 섭섭박사님과 희선 친구 중 누가 우승을 차지했을까요? 처음에는 섭섭박사님의 배가 먼저 달려나갔어요. 하지만 곧 희선 친구의 배가 따라잡았죠. 친구들은 모두 한마음으로 희선 친구의 우승을 응원했답니다.

드디어 결승선을 2cm 가량 남겨 놓은 상황. 섭섭박사님의 배와 희선 친구의 배는 막상막하, 거의 같은 위치에 있었답니다. 그런데 섭섭박사님의 배가 갑자기 앞이 아닌 옆으로 움직였어요! 결국 섭섭박사님이 당황한 사이에 차분하게 경기에 집중한 희선 친구가 우승을 차지했지요. 차분하게 빨대 속으로만 알코올을 떨어뜨린 것이 우승의 비결이었답니다.

결승선을 2cm 남기고 패배하고만 섭섭박사님은 아쉬운 표정을 감추지 못하셨어요. 하지만 극적으로 우승한 친구들은 더욱더 기뻐했답니다. 다음에는 또 어떤 짜릿한 명승부가 펼쳐질까요? 친구들의 도전을 기다릴게요~!

어린이과학동아 2015년 20호

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