공기방울 떨어지고 쇠구슬은 솟구치네?!
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카보폴(Carbopol®)은 의약품 첨가제로도 쓰이고 화장품에도 첨가되는 겔화제(gelling agent)입니다. 보송보송한 하얀 가루인데요.
미국 North Carolina 대학의 Pharmaceutics and Compounding Laboratory 홈페이지 자료를 보면 수성 혼합물에 섞이면 휘핑 크림이나 으깬 감자처럼 고체와 액체의 성질을 둘 다 가집니다. 카보폴은 카보머(carbomer)라고도 알려져 있고, 점착성에 따라 5가지 종류의 카보폴이 존재한다고 합니다.
미국 오레곤주 포틀랜드의 몇 공학자들은 2016년 이런 카보폴을 이용해 한 실험을 했습니다. 카보폴 유체 50ml를 몇 mm도 채 안 되는 작은 철 구슬과 용기 안에 같이 넣었습니다. 용기를 테이블 밑면에 위쪽으로 쳐서 하강하는 힘을 만들었습니다.
액체라면 이 때 공기방울이 위로 뜨고 철은 가라앉겠죠. 하지만 그 반대 현상이 나타납니다.
질량이 거의 없는 공기 방울에는 밑으로 향하는 힘이 위로 향하는 부력보다 컸던 겁니다. 반면에 철 구슬은 관성(inertia)이 더 크기 때문에 처음의 상향 운동을 따라 위로 떠올랐습니다.
물체는 운동 상태가 변할 때 원래 있던 상태를 유지하려는 경향이 있습니다. 관성이죠. 관성은 운동 상태가 변할 때 물체가 저항하는 힘입니다.
이 실험을 했던 일리노이 대학 Jeremy Koch와 Randy Ewoldt는 지난 11월 20일 부터 22일까지 열린 69번째 American Physical Society의 유체 역학 회의에 참석해 결과를 발표했습니다. 이들은 카보폴을 이용해 젖은 콘크리트에 생기는 공기 기포을 빼고 더 튼튼한 건축 자재를 만들 수 있을 거라고 전망합니다.
National Precast Concrete Association은 콘크리트가 제대로 섞이지 않았을 때나 굳는 과정에서 우발적으로 생기는 기포는 완성물의 외관과 내구력에 부정적인 영향을 미친다고 합니다. 이에 대한 해결책이 카보폴이 될 수 있는 것이죠.
