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우산은 어떻게 빗물이 새지 않을까? - 방수 목록

조회 : 14020 | 2009-03-09


‘이슬비 내리는 이른 아침에 우산 셋이 나란히 걸어갑니다.
파란 우산 깜장 우산 찢어진 우산 좁다란 학교 길에 우산 세 개가 이마를 마주대고 걸어갑니다.’
‘우산’이라는 동요입니다.
여러분들도 이러한 추억을 갖고 있나요? 아니면 찢어진 우산도 없이 흠뻑 비를 맞으면서 집으로 뛰어갔나요?

비에도 여러 종류가 있어요.
한여름 짧게 한바탕 굵게 내리는 소나기, 지루하게 오랫동안 내리는 장맛비,
봄이나 가을에 내리는 가랑비, 그리고 가랑비보다 약간 작은 이슬비, 이슬비보다 작고 안개보다는 큰 는개도 있지요.
빗방울의 크기가 1 mm 보다 작으면 표면장력이 커서 거의 구형이지만,
이보다 크면 중력의 작용으로 빗방울은 약간 길쭉하게 됩니다.
장마철의 필수품 우산! 그리고 방수에 대하여 알아볼까요?



1) 우산과 양산
우산은 비를 피하기 위해, 그리고 양산은 햇빛을 가리기 위해 사용합니다.
그렇다면 이들은 어떤 차이가 있을까요?
무엇보다도 우산은 비가 새거나 스며들지 않아야 합니다.
따라서 우산은 폴리에스테르 고분자 원단을 이용하여 촘촘하게 만들지요.



그림. 우산의 바깥쪽(200배)



우산의 바깥쪽을 보면, 폴리에스테르 섬유가 밀집되어 있지만 아직도 작은 틈새들이 있어요.
그리고 틈새를 메운 사이로 현미경의 렌즈에서 나온 있는 LED의 빛이 반사되는 것을 볼 수 있습니다.
이 빛을 반사시키는 것은 무엇인가요?



그림. 우산의 안쪽(200배)



그것은 비나 자외선을 차단하도록 우산에 코팅된 은에 의해 빛이 반사되는 것입니다.
우산의 안쪽에 폴리에스테르 섬유 위에 칠해진 은이 보이나요?
즉 폴리에스테르 섬유 사이에 생긴 틈새를 은으로 코팅하여 차단하지요.
양산은 바깥쪽과 안쪽이 큰 차이는 없습니다.



그림. 양산의 안쪽(200배


2) 방수의 원리
가장 기본적인 방수는 표면을 처리하여 물의 통과를 막는 것입니다.
예를 들어 콘크리트도 표면에 있는 미세한 틈새로 물이 스며들어 철근이 손상될 수 있어요.
따라서 방수 페인트를 콘크리트 표면에 발라서 물의 침투를 막는 것입니다.

그렇다면 방수복은 어떨까요?
방수복은 물의 침투를 차단할 뿐만 아니라, 몸에서 생기는 땀과 같은 수증기는 방출해야 하지요.
따라서 이를 우해 고어텍스와 같은 방수투습 원단은 옷감에 물방울보다는 작고 수증기보다는 큰 구멍이 있는 다공성 필름을 접착시킵니다.




?수




보통 물방울의 직경은 1 mm 이상이며, 수증기는 0.0004 μm 이하인데, 방수투습 원단의 구멍은 약 2 μm 입니다.
따라서 물방울의 침투는 막고 안쪽의 습기는 배출할 있어요.
이러한 고어텍스를 숨쉬는 직물이라고도 합니다.
방수를 하려면 반드시 코팅이 필요한가요?
그렇지는 않습니다. 코팅 대신에 표면의 구조에 의해서도 방수 효과를 나타낼 수 있습니다.



3) 연꽃잎 효과
1975년 독일의 식물학자인 ‘빌헬름 바스록’ 교수에 의해 발견된 이것은
연꽃잎 위에 떨어진 물방울이 잎 위의 먼지 등을 세척하면서 방울 모양으로 떨어지는 효과입니다.
그는 현미경으로 연꽃잎의 표면이 매우 작은 돌기들로 이루어진 엠보싱 구조임을 확인하였습니다.

엠보싱 구조의 연꽃잎은 소수성이 강하며, 물은 표면장력에 의해서 연꽃잎 위에서 물 입자끼리 서로 뭉쳐서 물방울을 형성합니다.
그리고 이 물방울은 경사면을 따라 흘러내릴 때 잎 위의 먼지 등을 세척하면서 떨어지게 되는 것입니다.



그림. 연꽃


그림. 연잎의 표피세표(500배)



그렇다면 반드시 연꽃잎과 같은 엠보싱 구조이어야만 하나요?
아니요. 소금쟁이의 다리처럼 잔털이 많아도 가능합니다.
결국은 물은 물분자들 사이의 결합이 강하기 때문에 위와 같은 미세구조 위에 넓게 퍼지는 것보다 자신들끼리 뭉쳐있게 됩니다.

어린 은행나무 잎 위에 있는 물방울은 다른 잎에 있는 물방울보다 더 동그랗지요?
마찬가지로 엠보싱 구조이기 때문이에요.
다 자란 은행나무 잎은 부채꼴이지만 묘목은 마치 사람의 손가락과 비슷하지요.
그러나 점차 자라면서 잎의 갈라진 틈새가 메워져 완전한 부채꼴 모양이 됩니다.



그림. 어린 은행나무의 잎과 물방울


그림. 어린 은행나무의 잎의 표피 구조(500배)



이러한 원리를 이용한 것 중의 하나가 때 묻지 않는 옷입니다.
옷감 표면에 위와 같은 엠보싱 처리를 하면 때가 잘 묻지 않을 뿐만 아니라, 물을 가볍게 뿌려주면 세탁도 가능합니다.
또한 유리나 페인트 표면을 엠보싱 처리를 하면 소수성을 갖습니다.
따라서 비가 오면 자동적으로 세척되기 때문에 건물 외벽이나 유리창을 일부러 닦을 필요가 없지요.
와! 너무 편하겠지요?



4) 생각해 볼까요?
식물의 기공은 주로 아랫면에 있지만 반드시 그렇지는 않지요?
게다가 수술이나 과일껍질, 그리고 줄기에도 있을 수 있습니다.
그렇지만 일반적으로는 식물이 서식하는 환경에 의존하게 됩니다







이것은 연잎의 윗면과 아랫면을 500배 확대한 사진입니다.
어느 것이 윗면일까요?
연꽃이 수생식물이라는 것을 기억하고 있지요?



이것은 무엇일까요?
사람은 밥과 고기, 그리고 다양한 음식들로부터 생활에 필요한 양분과 에너지를 얻지요.
그렇다면 식물은 어떻게 양분과 에너지를 얻을까요?
너무 쉬운가요? 바로 광합성입니다.
공기 중의 이산화탄소와 뿌리로부터 흡수한 물, 그리고 태양에너지를 이용하여 포도당과 에너지를 생산하고 있어요.

그렇지만 사람들 중에는 식물만 섭취하는 채식주의자들이 있듯이 많은 경우에 예외가 있지요?
마찬가지로 식물들 중에는 광합성뿐만 아니라 동물들처럼 작은 벌레들로부터 단백질을 분해하여 양분은 얻는 것들도 있습니다.
바로 늪이나 습지, 절벽 등지에서 서식하는 벌레잡이식물로서 식충식물 혹은 포충식물로도 불립니다.






그렇다면 이것(50배)은 무엇일까요?
푸른 초원 위에 아름답게 솟아난 붉은 망대 같나요?
벌레를 잡아 단백질을 얻는 대표적인 벌레잡이식물에는 끈끈이주걱, 파리지옥, 네펜데스, 통발 등이 있습니다.
이들은 각각 먹이를 잡는 방법이 완전히 다른 특징을 갖고 있어요.



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