얼음은 어떻게해 미끄러운 걸까요?
너무 당연한 듯 한 질문인데...문득 생각해 보면 왜 얼음이 미끄러운건지 알지를 못해서요...
왜 얼음은 미끄러운 걸까요?
얼음에 마찰이나 압력을 가하면 얼음표면이 녹기 시작하고 녹은 얼음에서 물이 생성되게 됩니다. 이 때 압력을 가한 얼음표면에 수막현상이 발생하고 마찰이 최소화되어 미끌어지게 되는 것 입니다. 자동차가 빗길에 잘 미끄러지는 원리와 같습니다.
얼음이 미끄러운 진짜 이유가 밝혀진 것은 불과 20년 전이었습니다.
미국의 추와 다시는 이온 빔을 쏘아 얼음 표면을 관찰했습니다. 그러자 얼음 표면이 액체처럼 쉽게 움직이는 물분자층으로 덮여 있다는 놀라운 사실을 알아 냈습니다.
액체나 고체의 물 분자들은 내부에서 비교적 강한 ‘수소결합’ 으로 연결돼 있는데, 표면에 노출된 물분자에는 단단하게 결합할 수 있는 이웃이 없다는 점을 밝혀낸 것입니다.
사실 이런 ‘표면 녹음’ 은 150년 전에 영국의 마이클 패러데이가 눈송이끼리 녹으면서 서로 달라붙는 모습에서 이미 짐작했던 것입니다.
원자나 분자의 존재도 몰랐던 시대에 그의 통찰력은 대단히 예리한 것이었습니다.
[일부발췌 : http://lg-sl.net/product/infosearch/curiosityres/readCuriosityRes.mvc?curiosityResId=HODA2012010113]
얼음의 표면이 미끄러운 것은 그 표면에 분자 몇 개 정도 두께의 매우 얇은 수분막이 얼지 않은 상태에서 그대로 유지되고 있기 때문이다.
얼음 표면의 수분막은 오래전부터 알려진 사실이지만 이 수분 막이 형성되는 이유가 밝혀진 것은 80년대 중반에 들어와서부터.
또 90년대 이후 얼음 표면의 이 얇은 수분막으로 인해 서릿발이 생기고 뇌운(雷雲)이 발생하는 메커니즘이 속속 밝혀지고 있다.
미국 워싱턴대학의 물리학연구팀은 ‘사이언티픽 아메리칸’지 2월호에서 영하의 기온에서도 액체 상태를 유지하는 얇은 수분 막의 최근 연구에 대한 종합적인 보고서를 발표했다.
이들은 이 보고서에서 얼음 표면의 수분막은 다른 고체에서도 똑같이 생기는 본질적인 자연현상이라고 설명했다.
즉 85년 네덜란드 암스테르담 원자 및 분자물리학연구소에서 납덩어리에 이온빔을 쏘았을 때 납이 녹는 온도인 섭씨 328도보다 10도가 낮은 318도에서 납표면에 얇은 액체막이 발생하는 것을 확인했다. 이처럼 고체 표면의 얇은 액체막은 다른 물질에서도 똑같이 생기는 자연현상이라는 것.
얼음 위에서 썰매 스케이트 등으로 미끄럼을 지칠 수 있는 것은 바로 이 얇은 수분막이 있기 때문. 지금까지는 얼음에 가해지는 압력이 높아지면 빙점이 낮아지기 때문에 스케이트 날 밑에서 강한 압력을 받은 얼음이 순간적으로 녹아 미끄러워진다는 학설이 정설처럼 받아들여졌다.
워싱턴대학팀은 98년 영하10도이하의 온도에서도 이 막이 얼지 않고 그대로 유지된다는 사실을 밝혀냈다. 물에 불순물이 많을수록 이 온도는 더 낮아진다.
