우리 주변에서 볼수 있는 물방울

표면이 물방울

 

물방울과 기포

목이 말라 컵 안에 물을 따라 마시고 잠깐 잠이 들었다가 일어났다. 다시 물을 마시려고 컵을 잡으려다가 물컵 내벽에 기포가 맺힌 것을 보았다. 다들 한 번쯤은 물컵 안에 기포가 있는 것을 본 적이 있을 것이다.

어떻게 기포에 물컵에 달라붙은 걸까? 이 궁금증을 풀어보려고 한다.

기포의 크기는 밀리미터 정도였지만 그 안을 채운 기체 분자들은 나노미터 크기일 것이다. 부피가 큰 기포를 채우려면 엄청난 수의 기체 분자기 필요하다.

기포와 물방울 

물의 계면에서 기포를 많이 보았을 것이다. 실험하면서 그들은 이런 현상을 자주 목격했다. 물 아래에서 형성되었기 때문에 그들은 무의식적으로 그것을 기포하고 가정했다.

새삼 알게 된 것은 그 기포가 물방울처럼 행동한다는 사실이었다. 이 기포를 날카로운 탐침으로 찔러도 아무 일이 일어나지 않았다. 팽팽한 풍선을 건드리면 바로 터지지만 아무런 손상을 입지 않았다. 끌어당기어나 압착을 해도 큰 타격이 없어 보였다. 이들 구조는 응집력이 뛰어나 금방 둥그런 본 모습을 찾았다. 우리가 보아왔던 기포와는 다른 기포였다.

 

그래서 다른 하나의 실험을 했다. 물에 잠긴 기포를 우묵한 테플론 표면 위에 놓아 고정했다. 그리고 날카로운 칼로 그 기포를 잘라버렸다. 칼이 기포를 관통했으니 이 기포는 이제 완전히 두 동강 난 상태가 되었을 것이라고 생각했으나 이 기포는 금방 본래의 모습을 되찾았다. 완전한 하나의 구체 그대로였다. 

일반적인 기포처럼 행동하지 않는 것이었다. 짜부라뜨리고 찌르고 압착해도 일시적인 영향을 끼칠 뿐이었다.

정당한 시험을 거치지 않는 한 기포와 물방울을 구분하는 것이 언제든 가능하지 않다는 사실이었다.

우리는 물속에서 물방울을 본 것이었다. 또 물 표면 위에 있는 기포가 물방울을 본 것이었다. 물방울이 물 표면 위에서 섞이지 않은 채 한동안 유지되기도 한다. 이렇게 오래 유지되는 물방울을 본 적이 없다면 그것을 기포라고 생각했을지도 모른다. 그러나 사실 그들은 물방울이었다.

착각하는 이유는 간단하다. 기포와 물방울은 닮았다. 서로 비슷하기 떄문에 그것을 보다 일반적인 용어인 소체(vesical)라고 부르면서 진행하려고 한다.

'소체'를 구형의 어떤 것이고 그 내부에 액체 혹은 기체를 가진다고 정의한다. 나중에는 우리는 그 액체가 기체로 변화할 수 있다는 증거를 찾아볼 것이다. 우선은 물방울과 기포가 서로 매우 비슷하다는 것만 알아두자.

 

기포와 물방울은 얼마나 비슷할까?

뚜렷한 특성은 이들 구조를 둘러싼 막이 있다는 점이다. 기포의 막은 단순해 보인다.

탄력성을 가진 막이 없다면 기포나 물방울이 아메바 같은 무정형을 띨 것으로 생각된다. 여기저기 볼록하게 튀어나온 부위가 사방에서 관찰될 것이다. 따라서 과학자들은 막과 같은 어떤 종류의 껍질이 필요하다고 생각한다. 일정한 압력이 가해지는 껍질이 모든 종류의 소체를 감싼다.

물방울이 거의 공에 가까운 모양을 가졌다고 해서 곧바로 어떤 종류의 막이 감싸고 있다는 뜻은 아니다.

탄력이 좋은 막이 물방울을 감싼다면 막에 구멍을 내는 것은 치명적이다. 물방울이 바로 터져버려야 하는데 그런 일은 일어나지 않는다는 왜 그런 것일까?

작은 물방울이 집단으로 모여서 커다란 물방울을 만들었다면 좀 더 설득력이 생긴다. 작은 물방울은 기포가 그러하듯 서로 합쳐질 수 있다. 물리적으로 이들을 떼어놓아도 다시 합쳐질 가능성이 있다.

가해진 힘이 적은 크기의 물방울을 뗴어놓겠지만 표면이 응집력이 있는 기포가 그러하듯 다시 결합할 수 있다.

따라서 물방울은 기포처럼 행동할 수 있다. 기포는 집단으로 이루어져 있다. 집단을 이루는 기포는 합쳐서 커다란 하나의 기포가 된다. 이런 원리가 물방울에도 적용할 수 있을 것이다. 물방울은 작은 물방울이 연속적으로 합쳐질 것이다. 이런 융합이 가능한 것은 아마 둘러싼 막의 특성 떄문일 것이다.

한 번 더 말하면 내부에 있는 액체가 기체로 변하기만 한다면 물방울이 기포가 될 수 있다. 물방울이 기초의 조상이 될 수 있다는 의미이다. 이 추론을 끌고 가기 위해서는 합장한 증거가 필요하다. 이들 막을 구성하는 성분은 무엇이고 성분이 두 소체에서 동일한 것이라면 물방울이 기포로 변할 수 있다고 생각하는 것이다.

 

전문 지식을 참고하여 작성하였습니다.