물 표면은 왜 둥글둥글할까?

컵에 물을 가득 따르면 윗부분의 물이 넘칠 듯 말 듯 아슬아슬하게 둥근 모양을 유지하고 있는 것을 보았던 적이 있을 것이다. 그리고 왜 이런 현상이 나타나는지 궁금하지만 나서서 알아보기는 귀찮아서 궁금증을 묻어두었을 것이다. 지금부터 그 묵혀 두었던 궁금증을 풀어보도록 하자.

우선, 과학 시간에 서로를 끌어당기는 힘인 인력에 대해 들어본 적이 있을 것이다. 그렇다. 우리가 찾으려는 그 원인은 바로 물에서 작용하는 서로를 당기는 인력이다. 이 인력에 의해 표면에 있는 물 입자 또한 안쪽으로 끌어 당겨져서 액체의 표면이 스스로 수축하여 가능한 한 작은 면적을 취하려는 힘이 발생해 둥근 표면이 유지되는데, 과학에서 이 힘을 표면장력이라고 부른다.

여기서 또 하나의 궁금증이 생긴다. 분명 학교에서 인력은 서로 다른 전하를 띠는 물체 사이에서 작용하는 힘이라고 배웠는데 어째서 분자인 물에서 인력이 작용한단 말인가? 그 해답은 바로 인력은 서로 다른 전하를 띠는 물체 사이뿐만 아니라 질량을 가진 모든 물체 사이에서도 발생하기 때문이다. 특히 액체는 액체를 이루는 분자들 사이의 거리가 가깝기에 분자들이 서로 당기는 힘이 작용한다.

이런 점을 이용한 아래 실험은 흔히 알려져 있는 표면장력 실험이다.

[이미지 촬영=대한민국청소년기자단 14기 백경희기자]

위와 같이 물에 후추를 뿌리고 중심에 주방세제를 넣으면 아래와 같은 결과가 나온다.

[이미지 촬영=대한민국청소년기자단 14기 백경희기자]

이는 세제 속에 들어 있는 표면장력을 낮추는 물질인 계면활성제가 중심 쪽 물의 표면장력을 감소시켜 후추가 상대적으로 표면장력이 큰 가장자리로 이동하여 나타난 결과다. 

이처럼 우리는 과학의 원리로 생활 속의 사소한 궁금증들을 차근차근 해소해 나갈 수 있다는 것을 알아두자. 

[대한민국청소년기자단 IT·과학부=14기 백경희기자]