상상을 현실로
하늘을 날고, 물 위를 걷는 귀여운 상상 한 번씩 해봤을 것이다. 그런데, 이 상상이 더 이상 꿈에서만이 아니라 현실에서 이루어질 수도 있다. 바로 전분과 물을 섞어 만든 액체인 ‘우블렉(Oobleck)을 이용한 것이다. 우블렉 액체의 특성을 잘 이용한다면 액체 위를 걷는 것뿐만 아니라 방탄복, 과속방지턱 등 여러 분야에 접목할 수 있다. 분명 이상하게 생각할 것이다. “초등학교에서 배운 액체는 담는 용기에 따라 그 모양이 계속 달라지는 것인데, 총알을 막는 방탄복에 쓰인다니!” 이런 상식적으로 이해하기 힘든 우블렉은 과연 무엇일까?
우블렉(oobleck)
우블렉이 무엇인지 알아보기 전, 이름부터 특이한 우블렉의 이름부터 알아보자. 우블렉은 수스(Seuss) 박사의 책 바르톨로뮤와 우블렉(Bartholomew and the Oobleck)에 나오는 하늘에서 떨어지는 끈적한 인공물질로부터 그 이름을 따온 것이다. 우블렉은 옥수수 녹말과 물이 섞여 만들어진 물질로, 옥수수 녹말이 액체 속에 떠 있는 형태로 존재한다. 우블렉은 현탁액의 일종인데, 현탁액이란 진흙물처럼 작은 알갱이들이 용해되지 않은 채 액체 속에 퍼져 있는 혼합물을 의미한다. 여러 현탁액 주 우블렉은 옥수수 전분 알갱이가 사용된 것이다. 우블렉은 신기하게도, 액체와 고체 둘의 성질을 동시에 나타낸다. 이 물질을 천천히 손에 넣어 쥐었다가 펴보면 흘러내리면서 모양이 달라지는 액체의 성질을 관찰할 수 있다. 하지만, 빠르게 충격을 주면, 고체와 같이 딱딱해지면서 손에 묻어나지 않게 된다. 물, 공기, 기름 등은 가해지는 힘에 비례하여 변형이 일어나지만, 우블렉은 액체 중에서도 힘과 변형이 비례하지 않는 특이한 물질이다.
원리가 무엇일까?
2012년 시카고대학에서의 논문에 따르면, 우블렉은 현탁액 중에서도 분자의 크기가 마이크로미터 단위인 (상대적으로 큰) 현탁액이기 때문에 강한 힘을 가할 경우 순간적으로 액체가 빠르게 밀려나가고 고체가 천천히 움직이면서 고체가 된다. 힘이 가해진 부분에서부터 아래로 막대 모양의 고체가 형성되는 것이다. 이를 충격활성화고체화(impact-activated solidification)이라고 한다. 생성된 고체에서 충격을 흡수하여 액체에 나누어 분산시키기 때문에 충격을 잘 견뎌낼 수 있다.
비뉴턴유체
우블렉 액체가 특이한 성질을 나타내는 또 다른 이유는 바로 우블렉이 비뉴턴 유체(non-Newtonian fluid)이기 때문이다. 비뉴턴 유체는 뉴턴의 점성 법칙, 응력과 무관한 즉 일정한 점도를 따르지 않는 유체이다. 비뉴턴 유체는 가해진 힘의 정도에 따라 상태를 가질 수 있어서 살살 만지면 액체처러 흐물거리지만 강한 힘을 주면 고체처럼 작용하는 것이다.
액체 위를 걷는 사람
앞에서 말한 것처럼, 정말로 우블렉을 이용하면 액체 위를 걸을 수 있을까? 가능하다. 위에서 설명한 두 원리를 종합하면 적당한 농도의 우블렉 위에서 빠르게 걷는다면 그 위를 올라갈 수 있다는 결론이 나온다. 단, 발을 쉬지 않고 움직여야 한다.
위 영상에서 사람들은 적당한 농도의 우블렉 위에서 자유롭게 달리고, 춤을 춘다. 하지만 너무 천천히 이동하게 되면, 현탁액에 가해지는 힘이 너무 적어 단단한 상태가 유지되지 않는다.
우블렉 만들기
엄청난 잠재력을 갖는 우블렉을 만드는 것은 생각보다 어렵지 않다. 옥수수 전분과 물만 있으면 충분하다. 1. 한 컵(220g)의 옥수수 전분을 커다란 그릇에 넣는다. 2. 반 컵(120ml)의 물을 옥수수 전분에 넣고 섞는다. 3. 물기가 너무 많다면 옥수수 전분을 추가하고, 너무 걸쭉하다면 물을 조금 더 넣는다. 우블렉은 집에서도 쉽게 만들 수 있어서 어린아이들이 가지고 놀기도 한다.
인생은 우블렉처럼
우블렉은 약하고 느린 힘의 작용에는 부드러운 유체처럼 작용하지만, 크고 빠른 힘이 작용하면 단단한 구조로 바뀌어 충격을 흡수한다. 이런 우블렉의 특성에서 교훈을 얻어 인생도 약한 자에게 약하고 강한 자에게는 강한 멋있는 사람이 된다면 어떨까?
<참고문헌>
[1] Scott R. Waitukaitis & Heinrich M. Jaeger, Impact-activated solidification of dense suspensions via dynamic jamming fronts
[2] http://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/587220.html
[3] https://m.blog.naver.com/jkhan012/150167705497
[4] https://if-blog.tistory.com/6271
<이미지>
[1] Impact-activated solidification of dense suspensions via dynamic jamming fronts
<동영상>
[1] https://youtu.be/IHMlDgQ5j94
Chemi 학생기자 최인식
2019년 겨울호
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