안녕하세요. 김형준 과학전문가입니다.
차 안에 있던 생수 물병이 액체 상태였다가 밖으로 꺼내서 흔들 때 얼음으로 바뀌는 현상은 '과냉각(Overcooling)' 현상 때문입니다. 이 현상은 매우 흥미롭고, 물의 독특한 물리적 성질과 관련이 있습니다.
과냉각 현상이란?
과냉각은 액체 상태의 물이 그 빙점(0°C) 아래로 온도가 떨어져도 얼지 않고 계속 액체 상태로 남아 있는 현상을 말합니다. 이는 특히 순수한 물에서 잘 발생합니다.
왜 이런 현상이 일어나는가?
핵 생성의 부재: 물이 얼기 시작하려면 얼음 결정(핵)이 형성되어야 합니다. 자연 환경에서 이런 핵은 먼지나 기타 불순물이 제공하는 역할을 합니다. 그러나 물병 속의 물이 매우 깨끗하고, 물병이 매끄럽게 제작되어 핵 생성이 어렵다면, 물은 빙점 아래로 온도가 내려가도 얼지 않을 수 있습니다.
기계적 진동의 부재: 정적인 환경에서는 물이 얼기 시작할 "충격"이 없어 과냉각 상태가 유지될 수 있습니다. 차 안에서는 물병이 큰 진동이나 충격을 받지 않아 과냉각 상태가 유지될 가능성이 높습니다.
흔들 때 얼음으로 바뀌는 이유
물병을 흔들 때, 물 내부에서 작은 충격이 발생합니다. 이 충격은 물이 얼기 시작하는 데 필요한 핵 생성을 촉진합니다. 한번 핵이 생성되면, 얼음 결정은 매우 빠르게 확산되어 액체 상태의 물을 얼음으로 전환시킵니다.
결론
이 현상은 자연계에서 흔히 볼 수 있는 물리적 현상으로, 물의 순수성, 물병의 조건, 그리고 외부의 미세한 기계적 변화에 민감하게 반응합니다. 과냉각은 일상 생활 속에서 발견되는 과학의 재미있는 예 중 하나입니다.
