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수영장이나 욕조에 다리를 담그면 물 위와 물속의 다리가 마치 꺾인 것처럼 보이고, 실제보다 짧아 보인다. 착시라고 생각하기 쉽지만 실제로 빛의 경로 자체가 물과 공기 경계에서 꺾이면서 생기는 물리적 현상이다.1. 매질이 바뀌면 빛의 속도와 방향이 바뀐다빛은 공기 중보다 물속에서 더 느리게 진행한다. 물의 굴절률은 약 1.33으로, 이는 빛이 물속에서 공기 중보다 약 1.33배 느리게 진행한다는 뜻이다. 빛이 공기에서 물로, 혹은 물에서 공기로 비스듬히 진입할 때 이 속도 차이 때문에 진행 경로가 꺾이는데 이를 굴절(refraction)이라고 한다.2. 다리가 짧고 꺾여 보이는 이유다리에서 반사된 빛이 물속을 지나 물 표면에서 공기 중으로 나올 때 굴절되면서 원래 경로에서 꺾인다. 우리 눈과 뇌는 빛이 항..

나뭇잎 위에 맺힌 이슬, 유리창을 타고 흐르는 빗방울, 물이 뚝뚝 떨어질 때 만들어지는 물방울 모두 신기하게도 둥근 형태를 이룬다. 중력이 작용하면 아래로 퍼져야 할 것 같은데 오히려 최대한 둥글게 뭉치려는 성질을 보인다. 이 현상의 핵심은 물 분자끼리 서로 끌어당기는 힘, 표면장력에 있다.1. 물 분자는 서로를 끌어당긴다물 분자는 수소결합이라는 강한 인력으로 서로를 끌어당긴다. 물 내부에 있는 분자는 사방의 다른 물 분자에게 균등하게 끌려서 힘의 균형을 이룬다. 하지만 표면에 있는 분자는 공기 쪽에는 끌어당길 물 분자가 없어서, 안쪽 방향으로만 더 강하게 끌리는 불균형이 생긴다. 이 힘이 표면을 최대한 팽팽하게 수축시키려는 장력, 즉 표면장력(surface tension)을 만든다.2. 왜 하필 둥근 ..

추운 날 손이 시릴 때 두 손바닥을 맞대고 비비면 금방 따뜻해진다. 누구나 겨울마다 무의식적으로 하는 행동인데, 정작 이 열이 어디서 나오는지 생각해본 사람은 드물다. 답은 간단하다. 손을 비비는 운동 에너지가 마찰을 거쳐 열 에너지로 바뀌기 때문이다.1. 마찰은 운동 에너지를 열로 바꾼다두 표면이 서로 맞닿아 움직이면 표면의 미세한 돌기들이 서로 걸리고 부딪히면서 저항이 생긴다. 이 저항을 마찰력이라고 하는데, 마찰력을 이기고 움직이는 데 쓰인 운동 에너지의 일부는 사라지는 게 아니라 분자 단위의 진동 에너지, 즉 열 에너지로 전환된다. 손을 비비는 힘과 속도가 클수록 분자 진동이 더 활발해지고 그만큼 더 많은 열이 발생한다.물 분자가 표면장력으로 뭉치는 것처럼 물이 표면장력으로 인해 둥근 형태를 유지..

겨울철 조용한 밤에는 먼 곳에서 나는 기차 소리나 개 짖는 소리가 유난히 또렷하게 들린다. 단순히 밤이라 조용해서 그런 것 같지만, 실제로는 낮과 밤의 공기 온도 분포가 정반대이고, 그 차이가 소리의 경로 자체를 다르게 휘게 만든다.1. 소리의 속도는 공기 온도에 따라 달라진다소리는 공기 분자의 진동을 통해 전달되는데, 온도가 높을수록 공기 분자가 더 활발하게 움직여서 소리가 더 빠르게 전달된다. 기온이 1℃ 오를 때마다 음속은 초당 약 0.6m씩 빨라진다.기온대략적인 음속0℃초당 약 331m15℃초당 약 340m30℃초당 약 349m2. 낮과 밤, 온도 분포가 정반대다낮 동안에는 보통 지면과 가까운 공기가 더 따뜻하고 위로 갈수록 차가워진다. 겨울밤에는 반대다. 지면이 낮 동안 받은 열을 밤사이 빠르게..

작년 겨울에 사무실에서 텀블러 대신 급하게 유리컵에 믹스커피를 타려고 뜨거운 물을 그대로 부은 적이 있다. 쩍 하는 소리와 함께 컵 바닥에 금이 가는 걸 보고 나서야 "유리컵은 예열해야 한다"는 말을 실감했다. 얇은 유리컵보다 오히려 두꺼운 유리컵에서 이런 일이 더 자주 일어난다는 것도 그때 알게 된 사실이다. 원인은 유리 내부와 외부가 서로 다른 속도로 팽창하면서 생기는 열충격이다.1. 물질은 뜨거워지면 팽창한다대부분의 고체는 온도가 올라가면 분자 사이 거리가 멀어지면서 부피가 팽창한다. 유리도 예외는 아니다. 문제는 뜨거운 물을 부었을 때 유리컵 안쪽 표면은 즉시 뜨거워져 팽창하기 시작하는데, 바깥쪽 표면은 아직 실온 그대로라 팽창하지 않는다는 점이다.2. 안팎의 팽창 속도 차이가 만드는 응력안쪽이 ..

전자레인지가 음식을 방사선으로 가열한다거나, 음식이 안에서부터 익기 때문에 영양소가 더 많이 파괴된다는 말이 퍼져 있다. 둘 다 틀렸다. 전자레인지가 사용하는 마이크로파는 방사선이 아니다. X선이나 감마선과 달리 마이크로파는 원자 구조를 바꾸거나 이온화시키는 에너지가 없다. 단지 분자를 진동시킬 뿐이다. 영양소 파괴 측면에서도 전자레인지는 오히려 유리한 편이다. 가열 시간이 짧아 열에 민감한 수용성 비타민 손실이 삶거나 끓이는 방식보다 적다는 연구 결과가 여러 차례 나왔다. 전자레인지를 둘러싼 오해는 원리를 모르는 데서 비롯된다. 1. 마이크로파가 무엇인지부터 — 전자기파 스펙트럼에서의 위치마이크로파(Microwave)는 전자기파의 한 종류다. 가시광선, 적외선, 자외선, X선이 모두 전자기파인 것처럼..

샐러드 드레싱 병을 세게 흔들면 잠깐은 뿌옇게 섞인 것처럼 보이지만, 가만히 두면 얼마 지나지 않아 물과 기름이 다시 위아래로 갈라진다. 아무리 힘을 줘서 흔들어도 결국 원래대로 돌아가는 이 현상은 물과 기름 분자가 근본적으로 다른 방식으로 전하를 띠고 있기 때문에 생긴다.1. 물은 극성 분자, 기름은 비극성 분자물 분자(H2O)는 산소 쪽이 약한 음전하를, 수소 쪽이 약한 양전하를 띠는 극성 분자다. 이 극성 덕분에 물 분자끼리는 수소결합으로 강하게 서로를 끌어당긴다. 반면 기름은 대부분 탄소와 수소로만 이루어진 탄화수소 화합물로, 전하 분포가 고르게 퍼져 있는 비극성 분자다.2. "끼리끼리 어울린다"는 화학의 기본 원칙극성 물질은 극성 물질끼리, 비극성 물질은 비극성 물질끼리 잘 섞인다는 것이 화학의..

원룸이나 아파트에서 옆집 소리, 특히 저음의 베이스 음이나 발소리는 두꺼운 벽을 뚫고도 잘 들린다. 반대로 사람 말소리 같은 고음역은 상대적으로 잘 막힌다. 방음 커튼을 달아도 저음 소음은 여전히 들리는 경우가 많은데, 이건 소리의 주파수에 따라 벽을 통과하는 방식 자체가 다르기 때문이다.1. 소리는 공기의 진동, 벽은 이 진동을 다시 전달한다소리는 공기 분자의 압력 변화가 파동 형태로 전달되는 현상이다. 이 파동이 벽에 부딪히면 벽 자체가 미세하게 진동하고, 이 진동이 벽 반대편 공기를 다시 흔들어 소리를 재생산한다. 완벽한 방음이 어려운 이유는 벽이 소리를 완전히 흡수하지 못하고 진동으로 전달해버리기 때문이다. 소리가 온도 조건에 따라 경로 자체가 휘기도 한다는 점은 공기가 차가울수록 소리가 더 멀리..

같은 재료로 콩자반이나 갈비찜을 만들 때 일반 냄비로는 한참 걸리는데 압력솥을 쓰면 훨씬 빨리 완성된다. 물이 끓는 온도는 100℃로 정해져 있다고 알고 있는데, 압력솥 안에서는 대체 무슨 일이 일어나기에 조리 시간이 이렇게 줄어드는 걸까.1. 100℃라는 숫자는 1기압 조건에서만 성립한다물의 끓는점이 100℃라는 건 해수면 기준 1기압일 때만 맞는 값이다. 진공 상태에서 물이 끓는 온도가 낮아지는 이유에서 다뤘듯 기압이 낮아지면 끓는점도 함께 낮아진다. 압력솥은 이 관계를 반대 방향으로 이용한다. 압력을 높이면 끓는점도 함께 올라간다는 원리다.2. 밀폐된 공간이 압력을 어떻게 높이는가압력솥은 뚜껑을 밀폐해서 내부에서 발생한 수증기가 빠져나가지 못하게 막는다. 수증기가 빠져나갈 곳이 없으니 내부 압력이 ..

거울은 좌우를 바꾸지 않는다[ 도입 방식: 선택 딜레마형 ]거울 앞에 서서 오른손을 들면 거울 속 나는 왼손을 든다. 이걸 보고 "거울이 좌우를 바꾼다"고 생각하면 자연스럽다. 그런데 같은 거울이 왜 상하는 바꾸지 않는가. 오른손을 들면 거울 속에서도 위쪽 손이 올라가지, 아래쪽 손이 올라가지 않는다. 좌우는 바꾸면서 상하는 바꾸지 않는다는 게 이상하지 않은가. 거울이 정말 좌우를 바꾼다면 상하도 바꿔야 논리가 맞다. 실제로 거울은 좌우도 상하도 바꾸지 않는다. 거울이 바꾸는 건 앞과 뒤다. 우리가 좌우로 느끼는 건 거울의 특성이 아니라, 우리가 거울 속 상을 해석하는 방식의 문제다. 1. 거울이 실제로 하는 일 — 앞뒤를 뒤집는다거울은 빛을 반사한다. 거울 표면에 수직으로 들어온 빛은 수직으로 반사되고..