KISTI의 과학향기

후두두둑 쏟아지는 소나기, 장대같이 주룩주룩 내리는 장마비, 보슬보슬 소리없이 옷깃을 적시는 봄비, 부슬부슬 겨울비. 계절마다 내리는 비의 이름이 다르고, 내리는 모습에 따라 다른 이름을 붙인다.

가볍게 오느냐 강하게 오느냐에 따라 빗줄기를 표현하는 말도 다양하다. 그렇다면 빗방울의 모양은 어떨까? 비의 종류에 상관없이, 장마비나 이슬비의 빗방울은 똑같은 모양을 하고 있을까? 아니면 다른 모양을 하고 있을까?빗방울의 생김새에 대해 누구나 눈물 방울과 같은 모양을 상상하게 된다. 즉, 윗부분이 뾰족하고 아래쪽이 둥근 원추처럼 생긴 모양이다. 하지만 빗방울이 눈물 방울 모양이라는 생각은 우리의 고정 관념일 뿐이다. 실제로 빗방울은 크기에 따라 모양이 다르다. 방울 크기가 1mm 이하의 크기인 경우에는 구형에 가까운 모양이고, 그보다 커지면 햄버거와 같이 납작한 타원형이 된다. 4~4.5mm 이상이 되면 부서져서 다시 작은 구형의 방울이 된다.

이러한 현상은 빗방울에 영향을 미치는 두 가지 힘인 표면장력과 공기의 압력 때문에 나타난다. 물은 표면을 최대한 작게 유지하려는 표면장력을 가지고 있는데 크기가 작을 때는 공기의 압력보다 표면장력의 힘이 더 강해 둥근 구형 모양이지만, 크기가 커지면 공기의 압력 때문에 평평해진다. 더 커지면 도넛처럼 중앙 부위가 움푹 들어간 모양이 되다가 압력을 이기지 못하고 터져서 다시 작은 방울이 되는 것이다.



물을 방울지게 하는 표면 장력은 물뿐 아니라 다른 액체도 가지고 있는 특성이다. 액체는 액체 아닌 다른 것과 맞닿을 때 접하고 있는 표면을 최소화 하려는 특성을 가지고 있다. 이때 표면장력이 큰 액체는 구 형태의 모습을 보이게 된다. 물은 표면 장력이 강한 액체이기 때문에 방울진 모양을 흔히 볼 수 있는 반면, 표면 장력이 약한 기름은 방울지지 못하고 퍼져 버리는 성질이 있다. 헬륨의 경우 표면 장력이 0이다. 따라서 방울을 형성하기는 커녕 끝없이 퍼져 흘러버리기 때문에 반드시 밀폐 용기에 보관해야 한다.



그렇다면, 우리 눈으로 이런 빗방울의 모습을 확인할 수 있을까? 빗방울의 속력은 10m/s 정도로, 1초에 3층 건물 높이 가량을 떨어지게 된다. 눈은 정교하지만 움직이는 물체를 식별하는 능력은 부족하다. 때문에 우리 눈으로 어떤 모양의 빗방울이 떨어지는지 확인하기는 어렵다. 빠르게 연속해서 떨어지는 빗방울은 눈에 남는 잔상 때문에 하나의 선처럼 보이게 된다. 비가 내리는 모습을 ‘빗줄기’라고 표현하는 것도 이 때문이다. 광고에서 사용되는 우유의 왕관 현상 역시 고속 카메라로 촬영한 것으로, 눈으로는 관찰하기 어려운 현상이다.



최근 일본을 강타한 태풍 ‘디앤무’를 시작으로 우리나라도 이제 본격적인 장마가 시작된다고 한다. 하늘을 가득 채우고 떨어지는 비를 보며 친구나 동료들에게 빗방울의 모습이 우리의 생각과는 달리 아주 다양하다라는 것을 말해주며 커피 한잔 하는 것은 어떨까?(글 : 과학향기 편집부)