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이렇게 반응하는 똑 같은 액체는
이렇게 반응할 수도 있습니다.
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왜 이 액체는 물처럼 반응하지 않는 걸까요?
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유체는 두 가지 종류가 있습니다.
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뉴턴 유체와 비뉴턴 유체입니다.
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여러분이 가장 익숙한 종류는 뉴턴 유체일 것입니다.
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예를 들자면, 물, 우유, 그리고 기름 모두 뉴턴 유체입니다.
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이 유체들은 가해지는 힘이 달라져도 점성이 그대로 유지됩니다.
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점성이란 유체가 얼마나 쉽게 움직이는지를 측정한 것입니다.
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그러니 유체가 높은 점성을 지녔다는 것은 유체가 느리게 움직일 것이라는 뜻이고, 낮은 점성을 지녔다는 것은 유체가 빠르게 움직일 것이라는 뜻입니다.
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여기 저희가 살기 위해 필요한 물과, 팬케익, 아이스크림 등과 같이 먹으면 맛있는 초콜릿 시럽이 있습니다.
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아마 이미 어떤 것이 더 높은 점성을 갖고 있는지 그럴듯한 짐작을 하셨겠지만, 한 번 보도록 합시다.
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볼 수 있듯이, 물이 시럽보다 훨씬 빨리 흘러내립니다.
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그러니 여기서 물이 더 낮은 점성을 가진 액체라고 할 수 있겠지요.
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뉴턴 유체는 유체에 가하는 힘을 바꾼다고 해서-예를 들자면 살짝 치거나 세게 때리는 등-유체의 점성이 바뀌지 않습니다.
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반면, 비뉴턴 유체는 가해지는 힘이 바뀔수록 점성이 바뀝니다.
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아까와 같이, 비뉴턴 유체에 힘을 적게 가할 때보와 힘을 많이 가할 때는 각각 다른 점성을 볼 수 있다는 것입니다.
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이 종류의 비뉴턴 유체는 가해지는 힘이 증가할수록 점성이 증가하는 팽창 유체입니다.
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“우블랙”이라고 알려진 이 유체는 옥수수녹말과 물의 현탄액입니다.
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현탄액은 고체와 액체의 혼합물이며, 지금 이 상황에서는 옥수수녹말이 고체이고 물이 액체입니다.
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옥수수녹말은 크고 덩어리진 분자이며, 그림으로 그릴 땐 직사각형 모양으로 단순화시킬 수 있습니다.
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반면 물은 옥수수 녹말에 비해 훨씬 작고 동그란 분자이기 때문에 원으로 그릴 것입니다.
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이 둘을 합치면 현탄액을 얻을 수 있습니다.
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각각의 옥수수 녹말 분자는 물 분자에 의해 둘러 싸여져 있습니다.
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여기서 볼 수 있듯이, 물 분자들은 옥수수 녹말 분자보다 많이 작습니다.
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작은 힘을 가하는 상황에서는, 약간의 힘만이 손으로 옥수수 녹말을 누를 때 가해집니다.
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옥수수 녹말 분자들은 서로의 사이를 미끄러져 지나갈 수 있는데, 분자들 사이의 물이 옥수수 분말들이 위로 굴러갈 수 있는 작은 공의 역할을 하기 때문입니다.
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하지만 많은 양의 힘을 강하는 강한 힘 상태에서는 물 분자들이 옥수수 녹말 분자 사이에 있다가 바깥으로 밀려나오게 됩니다.
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이는 거의 옥수수 녹말로만 이루어진 공간을 형성합니다.
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현탁액이 비뉴턴 유체로써 행동하기 위해서는 옥수수 녹말 분자와 물 분자의 비가 일정 범위 안에 있어야 합니다.
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물 분자가 너무 많다면 현탁액은 액체처럼 행동할 것입니다.
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그리고 옥수수 녹말 분자가 너무 많다면 이들이 서로 사이를 미끄러질 수 있게 하는 물 분자가 적기 때문에 고체처럼 행동할 것입니다.
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이 공간은 대부분 옥수수 녹말 분자로 이루어져있기 때문에 고체처럼 행동합니다.
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제 손으로 이 것을 치는 것은 딱딱한 표면을 치는 것과 다를 것이 없습니다.
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의가소성 유체라는 또 다른 비뉴턴 유체가 있습니다.
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이 유체는 가해지는 힘이 커질수록 점성이 작아지는, 팽창유체와 근본적으로 반대인 유체입니다.
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안타깝게도, 의가소성 유체가 이렇게 행동하는 이유는 아직 이해되지 못했습니다.
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흔하게 찾아볼 수 있는 의가소성 유체의 예는 케찹입니다.
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네, 바로 그 햄버거와 감자튀김에서 발견되는 맛있는 소스는 의가소성 유체입니다.
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케찹이 다른 흔한 유체와 다르게 어떻게 흘러내리지 않고 형태를 유지하는지 들어본 적이 있을 겁니다.
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여기서 케찹을 기울였지만 케찹이 나오지 않습니다.
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하지만 케찹을 때리는 등의 힘을 가하면 케찹의 점성은 감소하고, 그 결과로 병에서 나와 여러분의 햄버거 위로 흘러갑니다.
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이제 집에서 여러분만의 비뉴턴 유체를 만드는 법을 알려드릴 것입니다.
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이 것은 매우 쉽습니다!
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여러분은 그릇, 옥수수녹말, 물, 그리고 모든 것은 섞어줄 무언가와 작은 계량컵이 필요합니다.
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옥수수 녹말을 컵의 3/4정도 붓고, 물을컵의 1/4정도 부은 다음 섞으십시오.
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여러분의 옷에 묻지 않도록 조심해야 하지만, 만약 묻을 경우 물로 쉽게 닦아낼 수 있습니다.
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완전히 섞었다면 맨손으로 그 것을 들어올려보세요.
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보세요! 이제 여러분은 액체이기도 하고 고체이기도 한 유체를 갖고 있습니다.
꽤 멋있죠?
