일상 속 과학 이야기

Q 과일주스 병을 처음 열면 ‘뻥’ 소리가 나는 이유는 뭔가요. A 병에 담긴 과일주스는 부패하지 않도록 살균한 뒤 미생물이나 오염물질이 들어가지 않도록 밀봉합니다. 그런데 일반적으로 높은 온도에서 살균하기 때문에 내부의 공기는 본래 부피보다 팽창하게 됩니다. 병을 밀폐한 뒤 병이 식게 되면 내부 공기의 온도가 낮아집니다. 내부 공기의 온도가 낮아지면 공기의 부피가 줄어 내부 압력도 떨어집니다. 그래서 병을 처음 열면 외부와 내부의 압력 차이 때문에 압력이 높은 외부에서 압력이 낮은 내부로 공기가 이동합니다. 이 때문에 가운데 부분이 아래로 오목하게 들어간 밀봉된 병의 뚜껑을 처음 열면 공기가 병 안으로 들어와 뚜껑을 위로 밀어내면서 ‘뻥’ 소리가 납니다. Q 하늘을 보면 하얀 구름도 있고 검은 구름도 있는데 비가 오기 직전에 몰려오는 먹구름이 검게 보이는 이유는 뭔가요. A 구름은 수증기로 이뤄져 있습니다. 구름의 색은 수증기 양에 따라 결정됩니다. 구름이 포함한 수증기 양이 적으면 빛이 잘 투과하지만 수증기 양이 많으면 빛이 구름을 통과하지 못하기 때문에 아래서 올려다보면 검은 빛을 띱니다. 그래서 비행기를 타고 위쪽에서 구름을 보면 먹구름도 하얗게 보입니다. 구름의 색을 결정하는 또 다른 요소는 구름이 포함한 물방울의 크기입니다. 빛은 물방울에 부딪혀 쉽게 산란됩니다. 산란이란 빛이 분자, 원자, 미립자 등과 충돌해 운동 방향이 바뀌며 흩어지는 현상을 말합니다. 산란되는 빛의 파장은 물방울 입자의 크기에 따라 다릅니다. 흰구름 안에는 다양한 크기의 입자가 있어 모든 색의 빛이 산란되기 때문에 하얗게 보입니다. 모든 파장의 빛이 반사되면 흰색으로 보이는 원리와 같은 겁니다. 반면 먹구름의 물방울 입자는 흰구름보다 1백배 이상 커서 산란이 잘 일어나지 않고 흡수가 더 많이 돼 검게 보입니다. 이 밖에 관찰자와 태양의 위치에 따라서도 구름의 색이 다르게 보일 수 있습니다. Q 종이에 기름이 묻으면 왜 그 부분이 투명해지나요. A 종이가 기름에 젖으면 빛을 반사하는 정도가 달라지기 때문입니다. 간유리같이 불투명한 물체는 빛이 반사되는 양이 더 많으며 유리창처럼 투명한 물체는 빛이 투과되는 양이 더 많습니다. 종이는 맨눈으로 보기에는 매끄러워 보이지만 표면에 무수히 많은 구멍이 나 있어 울퉁불퉁합니다. 빛이 종이에 닿으면 울퉁불퉁한 표면에서 빛들이 다양한 방향으로 반사됩니다. 그래서 종이는 불투명한 흰색으로 보입니다. 반면 종이에 물이나 기름이 묻으면 투명해집니다. 종이 표면에 있는 수많은 구멍이 액체로 메워져 울퉁불퉁한 표면이 매끄러워지기 때문입니다. 물론 물과 기름은 투명해 빛을 잘 투과시킨다는 점도 영향을 줍니다. 결국 기름에 젖은 종이는 기름에 젖기 전보다 빛을 많이 투과시키고 종이 표면에서 빛이 여러 각도로 반사되는 일도 줄여 상대적으로 투명하게 보이는 것입니다. ‘과학을 느끼는 즐거움, 미래를 보는 창’ www.dongascience.com