스케이트가 물 위로 간다구? : 과학향기 Story : KISTI의 과학향기

겨울철 대표적인 계절 운동의 하나인 스케이트. 요즘은 실내 스케이트장도 있지만, 스케이트란 본래 꽁꽁 언 얼음 위에서 찬 바람을 맞으며 타는 운동이다. 만일 얼음이 아닌 곳에서도 스케이트를 탈 수 있다면 어느 계절이든 상관없이 손쉽게 스케이트를 즐길 수 있지 않을까?일반적으로 얼음 위에서 스케이트를 타는 것은 단지 표면이 미끄럽기 때문이라고 생각하기 쉽다. 정말 얼음판 위에서 스케이트를 타는 것이 단지 표면이 매끄럽기 때문일까? 인테리어 장식을 위해 건물 바닥에 유리를 깔아놓은 곳이 종종 있는데, 이런 곳을 지나보면 의외로 미끄럽지 않다는 것을 알 수 있다. 반면, 굳이 스케이트화를 신지 않아도 얼음판 위를 지나가면 몹시 미끄럽다.그렇다면 얼음판 위가 미끄러운 것은 무엇 때문일까? 얼음은 일정한 압력을 받으면 물로 변하는 특성을 가지고 있다. 사람이 얼음 위에 올라서면 체중이 발바닥을 통해 집중적으로 얼음에 압력을 가하게 된다. 압력을 받은 얼음의 표면은 순간적으로 녹게 되고 녹은 물은 발바닥과 얼음판 사이에 일종의 윤활유 역할을 하면서 표면의 마찰계수를 떨어뜨린다. 스케이트화의 바닥은 날로 되어 있어 체중의 압력이 작용하는 면이 일반적인 신발보다 더 좁다. 따라서 더 높은 압력을 얼음판에 가할 수 있다.

영하의 기온에 스케이트장 전체가 얼어 있는 상황에서 어떻게 얼음은 녹을 수 있을까? 높은 압력은 물의 끓는 점과 녹는 점에 영향을 미친다. 1기압일 때 물은 100℃에서 끓고 0℃에서 얼지만, 기압이 높아지면 끓는 점이 높아지고 녹는 점은 낮아진다. 사람의 체중을 담은 스케이트날이 순간적으로 얼음 위에 강한 압력을 주면, 일반적으로 얼음이 녹을 수 있는 기온은 아니지만 순간적으로 높은 압력에 의해 얼음이 녹는다. 그리고 스케이트 날이 지나간 자리는 압력이 낮아져 다시 순식간에 얼어붙는 버리는 것이다. 물은 빠르게 지나가는 스케이트 날과 얼음판 사이에만 존재하며 극히 미세한 양이기 때문에 스케이트장 전체가 물바다가 될 일은 없다. 그리고 유리에서 스케이트를 탈 수 없는 이유는 적절한 마찰력과 윤활제가 없기 때문이다. 유리에 물이나 기름을 뿌려 윤활제를 만들어준다면 어떨까? 분명 더 미끄럽기는 하겠지만 스케이트를 탈 수는 없을 것이다. 유리면과 날 사이에 형성된 수막 또는 유막이 순간 마찰력을 완화시킬 수 있지만 날카로운 스케이트날이 평평한 거울면을 스치면서 물과 기름을 밀어내기 때문에 지속적인 윤활작용은 기대하기 힘들다. 이 때문에 유리에서는 스케이트를 탈 수 없다. 그렇지만 만약 유리도 얼음처럼 압력을 받을 때 적절한 윤활제를 만들 수 있다면 유리에서도 스케이트를 탈 수 있을 것이다.

또한, 스케이트를 더 잘 미끄러지게 한다고 얼음판 위에 물을 뿌린다면? 넘치는 것이 모자라는 것보다 더 나쁠 때가 있는 법. 적정량 이상의 물은 오히려 마찰력을 늘릴 수 있어 스케이트를 타는데 방해가 된다. 또 온도가 지나치게 낮을 때도 스케이트를 즐길 수 없다. 보통 영하 15~20도까지 스케이트가 잘 미끄러지지만, 영하 30도 이하로 내려가면 물이 녹지 않고 바로 얼기 때문에 스케이트를 타는 재미를 느낄 수 없다. (과학향기 편집부)

이미란

평점 별 5점

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좋은 정보 감사합니다.

2009-04-14

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원준혁

궁금한 게 있는데... 제 친구가 유리가 20%의 물을 함유하고 있다고 들었거든요... 근데... 왜 유리로는 잘 않 미끄러지는 거죠???
제 친구가 거짓말 한 건가요???
아니면 다른 이유가 있나요??? 답변해 주세요...

2005-01-20

김은주

압력으로 높아져서 미끄러진다는 생각은 안해보았네요.
항상 즐겁게 들려 주시는 이야기가 아주 좋네요.
방학때 아이들한테 좋은 이야기 거리네요. 감사 ㅋㅋㅋ

2004-12-27

최성우

압력이 높아지면 끓는 점이 올라가는 것이 맞습니다. 역으로 말하면, 압력이 낮아지면 끓는 점이 낮아지게 되는 것이지요.
예를 하나만 더 들면, 높은 산에 올라가서 밥을 지으면 (지금은 산에 가서 취사를 하면 안되겠지만...^^) 밥이 제대로 되지 않고 설익게 됩니다. 그 이유는, 높은 곳에서는 기압이 낮아져서, 물이 낮은 온도에서 끓기 때문입니다.

물이 '끓는다'는 것은 액체 상태의 물이 전면적으로(내, 외부에서 모두) 기체인 수증기로 상전이 현상을 일으키는 것을 의미합니다. 즉, 액체 상태인 물은 끓는 점보다 더 높이 올라갈 수가 없습니다.
따라서, 높은 산에서는 낮은 온도에서 물이 끓으므로 밥이 제대로 되지 않는 것이지요. 이와는 반대로, 압력 밥솥은 더 높은 온도에서 물이 끓으므로 밥맛이 좋게 되는 것입니다.

2004-12-19

박민수

물말고 다른 물질로 스케이트를탈순없나- - ,,재밌겠다

2004-12-18

과학향기

박병호 독자님 안녕하세요?^-^* 과학향기 입니다. 의견쓰기란에 맨 처음으로 글을 올려주는 것 자주 보았습니다. 과학향기를 아껴주시는 것 같아 감사합니다!! 여러 독자님과 늘 함께 하고 싶은 게 저희 과학향기의 마음입니다. 2004년도 즐겁게 마무리 하시구요. 자주 놀러와 주세요~

2004-12-17

유박사

내용중에서 '기압이 높아지면 끓는 점이 높아지고 녹는 점은 낮아진다'는 것은 거꾸로 된 표현으로 보입니다.
압력밥솥의 예를 들면, 끓는 점을 낮게 하여 열량(가스레인지의 칼로리)을 아끼기 위한 것으로써 예를 들어 100도에 끓는 물을 그보다 낮은 온도, 예컨대 85도 정도만 되어도 끓도록 한 것인데 그렇게 하기 위하여 밀폐(그러나 100% 밀폐는 아님)를 하고, 밀폐한 결과 데워진 공기의 팽창으로 인한 내부 압력이 높아지는 효과를 얻게 하는 것이 목적인 것입니다. 그런데 '기압이 높아지면 끓는 점도 높아진다' 하면 압력밥솥은 아무리 가스불로 가열해도 밥짓는 것이 불가능한 상태가 계속될 것입니다.
즉, 기압과 끓는 점이 비례해서 높아진다면 처음값과 같은 양상이 계속 진행되는 것과 같은 효과만 있게 됩니다. 즉, 죽도 밥도 안되고 아무런 변화가 없게 됩니다.

평점 별 3점

안녕하세요 Kisti 과학향기 입니다.

압력밥솥의 원리는 고도의 압력을 가하여 밥을 짓는 방법입니다. 따라서 가열하면 물이 끓고 수증기가 발생되는데 이때 발생되는 수증기는 밀페된 밥솥에서 나가지 못하고 계속해서 가열됩니다. 밥솥내 압력이 올라가게 되고, 이에 따라 물은 더 높은 온도에서 끊게 됩니다. 압력솥에서 물이 끊을려면 온도가 120도 정도 되야 합니다.

따라서 끓는 점이 낮아는 것이 아니라 올라게 되는 것이지요~ 설명이 되었는지 모르겠네요.

좋은 의견 올려 주셔서 감사드리구요~
앞으로도 많은 관심과 사랑 부탁 드립니다.

과학의 숲을 보는 즐거움
Kisti의 과학향기

박병호

얼음이 앞력을 받으면 순간적으로 녹고 그것이 수막현상으로 작용해서 미끄러진다는 것은 정말 종은 지식입니다.

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스케이트가 물 위로 간다구?