[청소년 과학교실] 바늘과 물로 표면장력 알라보자

아침에 풀잎에 맺힌 영롱한 이슬은 동그란 모습이다.

마치 고무 풍선처럼 표면을 둘러싼 막이 있어 잡아당기고 있는 듯하다. 이렇게 표면을 잡아당기는 힘을 표면장력이라 한다. 간단한 실험으로 표면장력을 체험할 수 있다.

◇ 준비물=바늘, 그릇, 핀셋, 양초, 물, 알콜, 자석

◇ 실험1=먼저 양초에 바늘을 문질러 바늘이 물에 젖지 않게 한다. 그릇에 물을 붓고 핀셋으로 바늘을 잡아 조심스럽게 물위에 얹어 놓는다.

물 속에 가라앉으면 다시 시도한다. 바늘이 물위에 떠 있으면 바늘 무게 때문에 물 표면이 눌린 것을 관찰하도록 한다.

◇ 실험2=물 대신 알콜 또는 우유로 위의 실험을 해 본다.

◇ 실험3=바늘을 자석에 오랫동안 붙여 놓은 뒤 떼어 내어 <실험1> 을 여러 번 해 본다. 특히 바늘이 움직이지 않을 때에 어느 방향을 가리키는지를 관찰한다.

◇ 해설=모든 분자간에는 서로 당기는 힘이 있다. 액체는 액체를 구성하는 분자 간에 서로 당기는 힘인 응집력에 의하여 뭉치려는 힘이 있다.

아침에 풀잎에 맺힌 이슬이 동그란 것은 물의 응집력 때문이며 그 결과 표면은 되도록 작아지게 된다. 표면을 작게 하려고 작용하는 힘을 표면장력이라 한다.이렇게 당겨져 있는 액체의 표면을 깨려면 표면장력보다 더 큰 힘을 가해야 한다.

물 위에 바늘이 떠 있을 수 있는 것은 표면장력이 바늘의 무게보다 더 강하기 때문이다. 액체마다 표면장력이 다르다.

알콜의 표면장력은 바늘의 무게를 지탱하기 힘들어 바늘이 가라앉게 된다. 알콜의 표면장력은 물의 3분의 1도 안된다.

우유는 알콜의 두 배 정도로 표면장력이 크다. 자석에 오래 붙어있던 바늘은 그 자체가 약한 자석이 된다. 이 자석은 물 위에 떠서 부드럽게 회전하여 남북을 가리키는 나침반이 된다.

한국표준과학연구원 물질량표준부 황의진 박사