이웃집과학자

이웃님들, 팝콘 먹을 때 혹시 이런 생각해보신 적 없으세요? '왜 팝콘은 옥수수 알갱이에서만 만들어질까?' 심지어 강냉이도 옥수수 알갱이를 터뜨려 만드는데요.

물리학자이자 해양학자인 헬렌 체르스키는 팝콘이 만들어지는 원리를 자세히 소개한 바 있습니다. 힌트를 드리자면 옥수수껍질과 구성 성분, 그리고 기체의 운동과 관련 있습니다. 

옥수수의 주요 성분은 탄수화물, 단백질, 지질 외에도 무기질, 비타민입니다. 수분 함량 또한 약 64%에 이른다고 합니다. 그중에서도 옥수수의 싹이 자라도록 영양을 공급해주는 배유라는 부분은 약 14%가 물로 이뤄져 있습니다.

옥수수에 열이 가해지기 시작하면 옥수수 알갱이 안에 들어있던 물이 증발하며 증기가 되는데요. 온도가 올라갈수록 더 많은 물 분자가 증기로 변해버린다고 해요. 이렇게 만들어진 증기는 어디론가 빠져나가려고 길을 찾을 텐데요. 안타깝게도 옥수수의 껍질은 매우 딱딱합니다. 옥수수가 아닌 다른 곡물로 팝콘을 만들 수 없는 이유가 바로 여기 있습니다.

다른 곡물의 껍질에는 구멍이 있기 때문에 증기들이 다 빠져나가 알갱이 안의 압력이 높아질 수 없습니다. 그런데 옥수수 껍데기는 딱딱하기 때문에 증기가 빠져나갈 길이 없습니다. 외부의 충격을 견디기 위해 진화된 이 딱딱한 껍데기가 압력솥 기능을 하는 셈이죠.

온도가 점점 더 올라가며 기체 분자들은 끊임없이 서로 부딪히고 벽에 충돌하게 됩니다. 그러면 옥수수 알갱이의 내부 압력은 계속 증가합니다. 그러다가 내부 온도가 약 180℃가 됐을 때 쯤, 옥수수 알갱이 껍데기가 더 이상 버틸 수 없는 없는 지경에 이르게 되면, 옥수수 알갱이는 새하얀 솜털 같은 형태로 터지게 됩니다. 일단 터져버린 알갱이는 여전히 내부의 기체 분자들이 충돌하고 요동치고 있지만 내부 압력이 외부 압력과 같아짐에 따라 더 이상의 폭발은 일어나지 않습니다. 

그렇다면 팝콘으로 변신하지 못하고 남겨진 옥수수 알갱이는 뭘까요? 책 <찻잔 속 물리학>에 따르면 이 알갱이들은 수확 시기를 놓쳐 너무 말라버린 옥수수 알갱이일 것이라고 하는데요. 수확 시기를 놓쳐버린 싱싱하지 않은(?) 옥수수 알갱이들은 수분이 부족해 껍데기를 터트릴 만큼의 내부 압력을 만들지 못하기 때문이라고 분석했습니다.

##참고자료##

•   헬렌 체르스키, 『찻잔 속 물리학』, 북라이프, 2018