우유로 그림 그리기

방구석 과학실 : 우유로 그리는 마블링 그림

주말 아침 느지막이 일어나서 아침을 먹기 위해 냉장고 문을 열어봅니다. 간단하게 시리얼이나 먹을까 했는데 우유 유통기한을 보니 이미 날짜가 한참 지났습니다. 크림파스타를 해 먹는다고 사서 딱 한번 해 먹고 나머지는 그대로 남았습니다. 그냥 버리기는 아까우니 시리얼을 오독오독 먹은 후 우유로는 실험을 해보기로 합니다.

 

실험 준비물

넓은 접시, 우유, 색소(물감), 세제, 면봉, 작은 약병

 

실험 방법

1. 작은 약병에 색소를 탄 물을 넣어서 준비합니다.
2. 넓은 접시에 우유를 적당히 부어줍니다.
3. 우유 위에 색소를 탄 물을 조금씩 짜서 떨어뜨립니다.
4. 면봉에 세제를 묻혀서 색소 위에 가져다 대고 생기는 무늬를 관찰합니다.

 

실험 원리

우유 위에 세제를 묻힌 면봉을 가져다 대면 색소가 멀리 퍼져나가는 것을 볼 수 있습니다. 세제, 비누와 같은 계면활성제는 물 분자 사이의 고리를 끊어서 물의 표면장력을 줄어들게 합니다. 면봉을 가져다 대면 세제가 닿은 곳의 표면장력이 줄어들어 물 분자들이 바깥쪽으로 빠르게 흘러가면서 색소가 퍼지는 것입니다.

표면장력이란?

컵에 담긴 물은 서로 끌어당기는 힘이 작용합니다. 표면 아래쪽 물은 모든 방향에서 서로 잡아당기는 힘이 작용하므로 안정적입니다. 하지만 표면에 있는 물은 안쪽으로 향하는 방향의 인력과 표면 방향의 인력이 다르게 작용하므로 힘이 균형을 이루지 못해 불안정합니다. 이때 액체는 표면을 최소화하는 방향으로 힘이 작용하고 이 힘을 표면장력이라고 합니다. 수은은. 바닥에 떨어뜨렸을 때 구슬처럼 굴러다닐 정도로 표면장력이 셉니다. 분자 간 수소결합을 하는 물도 높은 표면장력을 갖고 있습니다. 물방울을 떨어뜨리면 동그랗게 보이는 이유입니다.

우유도 우유끼리 서로 잡아당기는 표면장력이 있는데(우유는 물보다는 표면장력이 작습니다.), 색소를 뿌린 우유에 세제를 넣으면 우유끼리 잡고 있던 표면장력이 약해지면서 뿔뿔이 흩어지게 되는 것입니다. 세제가 닿은 부분에서 우유의 표면장력이 깨지면서 색소 물이 퍼져나가는 것을 볼 수 있습니다. 알록달록 여러 색깔을 사용하면 관찰하는 것이 더욱 재밌습니다.

 

실험 시 참고하면 좋은 사항

• 물감은 덩어리가 져서 생각보다 물에 잘 풀리지 않을 수 있습니다. 식용색소로 하는 것을 추천합니다.
• 색깔을 다양하게 사용할수록 보는 재미가 있습니다. 약병을 여러 개 준비해서 알록달록한 무늬를 그려보세요.
• 넓은 접시에 하는 게 색이 멀리 퍼져나가는 것을 볼 수 있어서 좋습니다. 쟁반에 하는 것도 추천합니다. (접시 폭이 깊지 않으면 우유를 엎지르기 쉬우니 조심하세요. 실험하는 시간보다 치우는 데 시간이 더 걸릴 수도 있습니다.)
• 어린이가 표면장력 표현을 어려워한다면 이렇게 설명해 주세요. 우유는 원래 서로 손을 잡고 있었는데 세제를 묻힌 면봉을 가져다 대면 우유가 서로 끌어당기는 손을 놓칩니다. 우유가 손을 놓치면서 우유 위에 떨어뜨린 색소도 함께 퍼져나가서 섞이게 되는 것입니다.
• 유통기한이 지난 우유로 실험을 시작했지만, 너무 재미있어해서 멀쩡한 우유를 다 써버리는 사태가 발생할 수도 있습니다. 우유를 한 번에 다 담지 말고 처음부터 여러 번 나누어 사용하는 것을 추천합니다.
• 물에 먹물을 떨어뜨린 후 세제를 묻힌 면봉을 가져다 대도 비슷한 현상을 관찰할 수 있습니다.
• 물수제비도 표면장력에 의한 것입니다. 납작한 돌은 물과 부딪히는 넓이가 넓어지는데 충돌에 참여하는 물의 양이 많아진다고 표현할 수 있습니다. 충돌에 참여하는 돌보다 물의 질량이 크기 때문에 물의 분자 결합력이 높아 돌을 튀게 하는 것입니다. 납작한 돌을 비스듬히 빠른 속도로 던지면 돌의 앞머리가 물에 부딪히면서 물을 밀어서 충돌에 참여하는 물의 양이 많아지게 됩니다. 그 결과 돌이 마치 무거운 물체와 충돌한 듯 수직 반발력을 얻어서 위로 튀어 오르게 되는 것입니다.
• 사람이 물 위를 달리는 방법을 알려드리겠습니다. 먼저 한 발을 물 위에 올리고 가라앉기 전에 다른 한 발을 내딛는 것입니다. 그러려면 표면장력이 생길 수 있을 만큼의 넓은 발바닥과 재빠른 속도, 그리고 그런 속도로 달릴 수 있을 만큼 강한 다리근육이 필요합니다. 넓은 발바닥을 갖고 있다면 강한 다리근육을 길러서 물 위를 달려보도록 합시다.