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물의 껍질이라구요?|
준비물 |
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실험과 관찰 |
1. 유리 조각 위에 양초 칠을 한다. 2. 스포이드로 물을 유리 위에 떨어뜨린다. 3. 스포이드로 알코올을 유리 위에 떨어뜨린다. 4. 물과 알코올의 차이점을 관찰한다. |
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왜 그럴까요? |
물은 물분자들이 엄청나게 많이 모여 있는 것이지요. 액체 상태의 물에서는 물 분자들이 서로 끌어당기는 힘을 작용하고 있답니다.
[참조: 고체, 액체, 기체 상태에서의 분자들의 배열]
물분자들이 액체 상태에서 서로 끌어당기는 힘은 다른 액체의 분자들이 서로 끌어당기는 힘에 비해 대단히 큽니다.
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액체 한 컵이 있다고 해 봅시다.
이 액체는 수없이 많은 분자들이 모여 있는 '것인데, 이 분자들을 두 종류로 나누어 볼 수 있습니다.: 표면에 엤는 분자들과 표면 아래에 있는 분자들
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표면에 있는 분자들은 위에는 다른 분자들이 없습니다. 따라서 아래와 옆에 있는 분자들에 의해서만 잡아당겨지고 있지요. 안 쪽에 있는 분자들은 위, 아래, 옆의 모든 방향에 있는 다른 분자들에 의해 인력을 받고 있지요.
물분자들처럼 서로를 아주 좋아하는(인력이 큰) 분자들은 최대한 많은 분자들을 안으로 보내어 큰 인력을 받게 하고분, 작은 인력을 받는 표면에 있는 분자의 수를 최소한으로 줄이려고 합니다. 일정한 양의 액체로 표면적을 가장 작게 할 수 있는 모양이 공 모양이예요적 똘똘 뭉치는 거지요.
그래서 물의 경우 다음과 같은 일이 일어납니다.
이렇게 표면적을 줄이려고 하는 경향을 표면 장력이라고 합니다. 그런데 이 물방울도 자세히 보면 완전한 공 모양은 아니고 옆으로가 아래 위 보다 좀 더 긴 타원에 가까울 거예요. 왜냐하면 그으것은 지구의 중력이 물방울의 윗 부분을 아래로 잡아당기기 때문입니다.
분자끼리 잡아당기는 힘이 작은 알코올의 경우는 어떨까요?
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왜 이렇게 바닥에 다 붙었냐구요?
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그런데 이번 실험 제목이 <물의 껍질이라구요?>잖아요. 물의 껍질이 무슨 얘기고 그게 물의 표면 장력과 무슨 관계가 있다는 거예요? |
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앗, 빠뜨릴 뻔 했다. |
이것은 바로 물의 표면 장력(표면적을 최소화하려는 경향) 때문이에요.
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따라서 물은 되도록이면 클립을 표면 위에 띄워 놓으려 하겠지요. 일정 크기 이상의 힘을 주어야만 클립을 물 표면 안쪽으로 들여 보낼 수 있지요.
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살짝 누르면
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이것은 껍질이 있는 물체 안으로 다른 물체를 넣으려면 그냥 얹어 놓아서는 안되고, 힘을 주어 껍질을 뚫어야 하는 것과 비슷합니다. 물의 표면 장력이 꼭 물에 껍질이 있는 것과 같이 보이게 한다고 해서 붙여진 말이 물의 껍질입니다. 공기로 분 풍선 안으로 바늘을 넣으려면, 힘을 주어 바늘로 고구막(껍질)을 뚫어야 하는 것을 상상해보세요.
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