힘과 압력의 차이, 벡터와 스칼라, 삼투현상 & 모세관현상

고체의 무게

물리학에 감이 없는 친구들을 위해 그려 보았다. 먼저 1kg 얼음 2 덩이가 있다. 여기에는 중력이 작용하여 그릇 바닥엔 1kg의 힘이 가해진다. 허나 얼음은 벽이나 옆의 얼음 기둥에 힘을 가하지는 않는다. 이렇게 방향이 어느 한쪽으로 쏠리는 힘과 같은 것을 벡터라고 한다.

압력(壓力)은 누르는 힘이다. 고로 1kg의 힘을 바닥 면적으로 나누면 그게 압력이다.

액체의 무게

이제 얼음이 녹아서 물이 되었다고 하자. 이 경우에도 바닥엔 1kg의 힘이 가해진다. 헌데 바닥 근처 그릇의 벽과 옆에 있던 전에 얼음이었던 물끼리도 서로 섞여 1kg의 힘을 가한다. 이렇게 사방으로 힘이 가해지는 경우 특정 방향이 없기 때문에 스칼라라고 한다.

이 경우 압력은 사방에서 받기 때문에 물의 높이/깊이(얼음 기둥의 높이)가 압력에 비례한다. 방향이 없기 때문에 그냥 바닥/벽에 미치는 힘을 면적으로 나누면 된다.

만약 좌측과 우측의 높이 차이가 난다면? 구멍을 뚫어 연결하면 물이 흐르게 된다. 이는 힘, 무게, 압력 차이가 나기 때문이고, 이것들은 높이(위치) 차이 때문이다. 전기에 비유하면 전압(압력), 전위(위치) 차이에 해당한다. 이 때 흐르는 물이 전류가 되는 것이다. 마치 위치(잠재) 에너지와 운동 에너지 관계와 비슷하다. 저울이 균형을 이루듯이 액체는 높이가 같아야 멈춘다.

기체의 무게

이제 물이 모두 수증기가 되었다고 하자. 이 경우 액체와 상황이 좀 달라진다. 액체는 유동성이 있으나 고체와 비슷하게 밀도가 높고 원자/분자는 단단하다. 그래서 높이/깊이에서 오는 무게가 압력에 반영 되었다. 헌데 기체는 원자/분자가 스프링과 비슷한 탄성체이고 무게가 다른 기체들끼리도 잘 섞여 날아다닌다. 물과 기름처럼 무게가 다르다고 깔끔하게 나뉘지 않는다. 액체는 밀도 차이로 나뉘나 기체는 밀도 차이로 나뉘지 않는다. 그래서 섞이지 말라고 풍선에 넣어야 가벼운 기체가 위로 올라갈 수 있다.

※ 물은 신이 주신 생명의 애액이며 자연(과학)을 배우라고 만든 특별한 물질이다. 고체, 액체, 기체 3 상태가 겨우 100℃ 차이다.

입자의 부피

규모에 따라 자연 법칙은 달리 움직인다. 

별들의 거시적 세계에선 상대성이론(중력), 원자들의 미시적 세계에선 양자역학(핵력), 생물들의 중간 세계에선 고전역학, 화학, 진화론이 통한다. 우리 세계에서 압력이라는 현상은 거시 세계(블랙홀), 미시 세계(삼투현상/모세관현상)로 가면 달라진다.

우리 세계에선 기체/액체의 원자/분자의 크기는 의미가 없다. 헌데 미시 세계에선 얘들의 크기 차이가 의미가 있다. 바로 그 크기 차이로 인해 모세관 현상과 삼투압 현상이 나타난다. 통로가 좁으면 작은 입자만 통과할 수 있는데 그게 삼투현상이다. 부피가 큰 입자는 이 막의 반대편에 압력을 행사할 수 없다. 기체는 좁은 통로를 이용해서 분리할 수 있다. 체(필터)로 고체를 걸러내듯이 기체도 걸러낼 수 있다.

모세관 현ː상 (毛細管現象) = 털처럼 가는 관

⦗물⦘ 가는 관(管)을 액체나 수은 속에 넣어 세웠을 때, 관 안의 액면(液面)이 관 밖의 액면보다 높아지거나 낮아지는 현상. 

삼투 (滲透)  = 스며 통하다

② ⦗물⦘ 농도가 다른 두 액체를 반투막(半透膜)으로 막아 놓았을 때, 농도가 낮은 쪽의 용매가 막을 통하여 농도가 높은 쪽으로 옮겨 가는 현상.

반ː투―막 (半透膜)  = 반만 통하는 막

【명사】⦗화⦘ 용액 중의 용매(溶媒)만을 통과시키고 용질(溶質)을 통과시키지 않는 막. 반투벽.

용매 (溶媒)  = 질펀히 흐르는 중매/매개(액체)

【명사】⦗화⦘ 어떤 액체에 고체 또는 기체 물질, 곧 용질을 녹여 용액을 만들었을 때, 본디 액체를 말함. 또는 액체에 액체를 녹일 때는 많은 쪽의 액체를 말함.↔용질.

용질 (溶質) = 질펀히 흐르는 바탕(내용물)

【명사】⦗화⦘ 용액에 녹아 있는 물질. 액체에 다른 액체가 녹았을 때는 양이 적은 쪽을 말함.↔용매(溶媒).

인력과 척력

미립자라 하더라도 자기들 수준의 인력(끄는 힘)과 척력(미는 힘)이 있다. 인력은 액체가 서로 모이려는 끈끈한 힘인 표면장력을 말하고, 척력은 기체가 서로를 튕겨내서 흩어지는 탄성을 말한다. 이게 좁은 통로를 만나면 상황이 달라지는 것이다. 예를 들면 개미 같은 작은 곤충은 물방울에 머리 박고 익사할 수도 있다. 물이 섬유를 잘 적시는 현상도 섬유 같은 물질에 달라붙는 성질이 있기 때문이다. 어떤 섬유는 물을 밀어낸다.

힘들게 뭐 하러 시위 하냐?

노인들처럼 조용히 구경만 하다가 투표할 때 확실히 똥꼬를 찌르란 말이지.

한국 제도로는 탄핵이 거의 불가능하고, 하야할 정도의 양심 있는 대통령도 없어!

오직 우리에게 주어진 무기는 4년/5년에 달랑 투표 용지 한 장이야.

정말 이상하게도 하인(대통령/의원)을 채용할 수는 있는데 해고할 수는 없지?

우린 하인을 뽑아 놓고 그 앞에서 굽실굽실 절까지 해야 해. 충성(忠誠) 상납이라고 하지.

뭔가 유치하고 바보짓 하는 거 같지 않나?