소금이나 설탕을 물에 녹일 때 왜 아지랑이가 생기나요?

소금이나 설탕을 물에 녹일 때 왜 아지랑이가 생기나요?

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에서 보았듯이 두 투명한 물체가 붙어 있을 때 두 가지 일이 가능합니다.

두 투명한 물체 사이에서 빛이 꺾이면(굴절하면) 우리는 두 물체 사이의 경계면을 볼 수 있습니다. 따라서 우리 눈은 물체가 2 개라고 알아 차리지요.

두 투명한 물체 사이에서 빛이 꺾이지 않으면(굴절하지 않으면) 우리는 두 물체 사이의 경계면을 볼 수 없습니다. 따라서 우리 눈은 물체가 하나뿐이라고 느끼지요. 이것이 바로 진한 설탕물에 유리 막대를 담갔을 때 유리 막대가 사라진 것처럼 보이게 하는 이유였지요.

두 투명한 물체의 밀도가 서로 다르면 경계면에서 빛이 꺾이게 되고, 우리는 그 경계면을 볼 수 있지요.
이제, 설탕 덩어리를 물에 넣어 볼까요? 설탕은 설탕 덩어리 근처의 물에 먼저 녹기 시작하겠지요. 그러니까 설탕 근처의 물에는 설탕이 녹아 들어가 설탕물이 되고 설탕에서 멀리 떨어진 곳에는 아직 설탕이 녹아 들어가지 않아 그냥 순수한 물로 있지요.

그런데 설탕물과 순수한 물은 밀도가 달라요. 설탕물의 밀도가 좀 더 크지요. 그렇다면 빛이 순수한 물과 설탕물의 경계면 사이에서 꺾이겠지요. 따라서 우리는 순수한 물과 설탕물의 경계면을 볼 수 있어요.

우리가 저어주지 않아도 설탕을 물에 넣어두면 시간이 흐른 후 물 전체가 설탕물이 되지요. 그것은 설탕 근처의 설탕물과 물이 계속 움직이며 서로 섞이기 때문이예요. 이렇게 설탕물과 물이 움직이면 설탕물과 물의 경계면도 따라 움직이겠지요. 이렇게 움직이는 경계면이 우리 눈에는 아지랑이로 보이는 거예요.

시간이 많이 흘러 설탕이 물 전체에 골고루 퍼지고 나면 이제 투명한 물체 하나밖에 없는 거니까 경계면도 없고 아지랑이도 사라지겠지요.
똑같은 일이 공기 중에서도 일어납니다. 더운 여름 아스팔트 길 위를 잘 살펴보면 아스팔트에서부터 솟아나는 아지랑이를 볼 수 있지요.

이것은 까맣기 때문에 태양의 열을 많이 흡수한 아스팔트가 주위의 공기에 열을 주어 공기를 데우기 때문이예요. 공기가 데워지면 부피가 커지고 밀도는 작아지겠지요. 아스팔트에서 떨어져 있어 데워지지 않은 공기는 밀도가 크구요.

따라서 데워진 공기와 데워지지 않은 공기의 경계면에서 빛이 꺾여 우리는 그 경계면을 볼 수 있겠지요. 데워진 공기는 위로 올라가고 차가운 공기는 아래로 내려오고 하면서 공기가 계속 움직이지요. 이렇게 움직이는 공기를 따라 데워지지 않은 공기와 데워진 공기 사이의 경계면이 움직이는 것이 바로 아지랑이예요.

그런데 아지랑이는 왜 구불구불 한가요?

만약에 설탕물과 물을 서로 섞이지 않게 막아 두었다가 막을 치웠다고 해보지요.

이 경우 설탕과 물은 항상 골고루 퍼질려고 합니다.

물에 설탕물을 한 방울 떨어뜨리면 설탕 분자와 물 분자가 이동하기 시작합니다. 이때 분자들이 한 방향으로 질서있게 이동하지 않고 모든 가능한 방향으로 무질서하게 이동합니다. 그래서 아지랑이가 구불구불해 보이지요.

담배의 연기가 움직이는 모습이나 물에 잉크 한 방울을 떨어뜨렸을 때 잉크의 퍼지는 모습이 아지랑이처럼 구불구불한 것도 같은 이유에서 입니다.

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