으어어.. 갑자기 플젝 일이 마구 떨어져서 글을 못썼네요 ㅠㅠ
지난 번에 댓글 달아주신 분 중에 몇몇 질문에 대해서 답변 달아드립니다~~
지우개나 분필같은 물질들은 왜 한 번 떨어지면 다시 붙지 못하나요?
이 질문의 정확한 답변은 기계공학과 고체역학을 들으시면 확실하게 아실 수 있습니다.
아래 그래프는 알루미늄 합금의 Stress-Strain 커브입니다.
이게 뭘 의미하냐 하면요...
x축(strain)은 특정 힘을 받았을 때 물질이 늘어나는 길이
y축(stress)는 이 때 가해지는 힘을 그 물질의 단면적으로 나눈 것을 의미합니다.
그냥 쉽게 물질에 가해지는 힘이라 보시면 되요.
그러면 그래프를 다시 봐볼까요? (빨간색에 집중해볼께요)
(0, 0)에서부터 보시면 힘이 늘어날수록(y축이 증가할수록) 늘어나는 길이가 정비례 관계로 길어지는 것을 볼 수 있죠?
이 것을 탄성이라고 합니다.
질문에서 나온 지우개를 예로 들어볼께요.
지우개를 쭉 늘리면 늘어나긴 하죠? 근데 끊어지기 전에 지우개를 놓으면? 지우개는 원래 모양을 돌아갑니다.
이렇게 힘이 가해져도 그 힘에 비례해서 늘어나고 힘이 없어지면 원래 자신의 상태로 돌아가려는 구간을 의미해요.
자~ 그럼 그 다음!
갑자기 그래프라 평행합니다.
이게 뭔 말이냐 하니.... 1200MPa에서 힘을 더 줬는데 힘이 가해지지가 않아요...
왜 힘이 가해지지 않냐하면요. 힘을 가하는 즉시 지우개가 늘어나버렸거든요..
좋은 예가 엿입니다. (아... 표현이 좀 이상한데 ㅠㅠ)
엿을 쭈우우욱~~ 늘린다고 고무줄처럼 엿에 텐션이 생기지 않죠?
왜냐면 힘을 주는대로 엿이 늘어나버리니깐요 ㅠㅠ
이런 구간이 이 구간입니다.
이 구간의 특징은요. 더 이상 원래 상태로 돌아가지 못해요.
원래 상태로 돌아가기엔 이미 너무 멀리와버린거죠.
자. 그럼 마지막!
그러다가 그래프가 퉁.. 하고 끊겨버리는데요.
이 부분에서 물질이 파괴된 것입니다.
어떤 물질이든 항상 이 그래프를 따르게 되요.
차이는 각 구간이 어느 위치에 있냐 하는거죠.
그럼 다른 예를 하나 보여드릴께요.
아래 그래프는 요즘 신소재로 많이 쓰이는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic, 탄소섬유 강화 플라스틱)의 Stress strain curve입니다.
어.... 위에서 설명한 두 번째 구간이 없네요...
왜냐!!!
이 아이의 특징은 알루미늄보다 훨씬 강하지만, 늘어나는 성질이 없기 때문이예요.
이에 대해서 조금 썰을 풀어보자면...
요즘 비행기에 많이 넣고 싶어하는 물질이 이 CFRP입니다.
근데 솔직히 좀.. 쓰기가 그래요 ㅠㅠ
왜냐하면 알루미늄 같은 금속의 경우에는 위에서 설명한 두 번째 구간이 있거든요
완전히 부서지기 전에 징조가 보입니다. (두 번째 구간)
그러면 그 때 체크하고 바꿔주면 되죠.
근데 카본 플라스틱은 구간이 없으니깐 파쇄되기 전에 징조를 알아볼 수 없겠죠?
그니깐.... 얘가 못견디가가 걍 톡! 뿌러져버립니다.
비행기가 날다가 징조없이 뿌러지면.... 아.... ㅠㅠ
그래서 마구 쓰기 너무 난감한 물질이예요.
요즘엔 카본 섬유에 전기가 흐르는 성질을 이용해서 전기를 흘려주다가
카본 섬유가 한올 한올 끊어지기 시작하면 전기가 안흐르거나 덜 흐를꺼니깐
그 순간을 캐치해서 대처하는 방법이라던지....
뭐... 이런 저런 기술이 연구 또는 사용되긴 하지만
솔직히 공학자 입장에서는 좋은데 마구 쓰기에는 신뢰도 측면에서 불안한 물질이긴 합니다.
자. 그럼 다시 질문으로 돌아가서!
왜 한 번 떨어지면 다시 붙이 못하느냐!
결국 그래프의 끝 점에 도달한 것입니다.
그럼 좀 더 원론적으로 들어가볼까요?
왜 저런 그래프가 그려니냐 이겠죠?
저런 그래프가 그려지는 이유는 결국 분자(또는 원자) 간의 결합 때문입니다.
그리고 분자(또는 원자)간의 결합은 전자기력과 만유인력에 의해 결정되죠.
그래프의 첫 번째 단계의 경우에는 분자와 분자끼리의 거리를 힘으로 늘리고자 했을 때,
그 힘보다 서로 끌어당기려고 하는 힘이 더 큰 것입니다.
그러니깐 힘이 없어지면 원래 자기끼리 놀고 먹던 시절로 돌아가려고 하는 것이죠.
근데 더 힘을 가해주면?
지들끼리 놀고 먹던 시절 다 갔습니다 ㅠㅠ
가까워지고 싶어도 가까워질 수 없는 사이가 된거죠 ㅠㅠ (안생겨요)
근데 더 힘을 가해주면?
안녕.... 이제 분자(또는 원자)간의 힘으로 견딜 수 없는 순간이 다달은 것입니다.
그럼 이제 안녕... 완전히 떨어져 나가면서 짜이찌엔..
자! 여기서 잠깐!!
제가 계속 번거롭게 분자(또는 원자)라고 썼는데요.
그 이유는 금속성 물질과 일반적인 물질은 분자(또는 원자) 사이의 결합이 다르기 때문입니다.
(이거 화학1에 나오는 내용 맞나요? 공통 과학인가?)
금속성 물질의 경우엔 각 금속의 원자끼리 서로 결합되어 있는 구조입니다.
그리고 각 원자끼리 전자를 공유하죠.
그니깐요... 흠.... 전자막이라고 해야 될까요? 그런 것이 물질을 둘러싸서 코팅제처럼 역할하게 됩니다.
그러다보니 힘을 줘서 당겨도 원래 상태로 돌아가려는 성질이 강하고 쭉쭉 늘어나는 것이죠~
근데 일반 분자 결합 물질의 경우에는?
이런 식으로 서로 공유하는 전자가 없습니다.
결국 서로를 붙잡고 있는 것은 분자 간의 힘 밖에 없는 것이죠.
그래서 CFRP 같은 성향이 잘 나타나게 되는 것입니다~~~
자!! 그럼 끊어진 다음엔요??
그리고 다시 못 붙게 됩니다. (많은 물질들이)
왜냐!
이미 억지로 떼어 놓은 두 물질을 다시 붙이려면 그에 합당한 에너지가 필요하니깐요.
어? 근데요... 제가 분필을 뿌러트린 힘은 제 손으로 충분히 줄 수 있는 힘인데요...
붙이는 힘은 왜 그렇지 않아요?
그건 이제 엔트로피 개념까지 들어가야 겠네요 ㅎㅎ
이 세상에 모든 일은 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행하도록 설계되어 있습니다.
그리고 강제로 그 반대 방향으로 뭔가를 하려고 하면 에너지가 필요하죠.
즉! 분필을 부러트리는 행위는 엔트로피가 높아지는 방향의 행위입니다.
자연스러운 행위이기 때문에 낮은 에너지가 있어도 되죠.
하지만 분필을 다시 붙이는 행위는?
이 행위는 엔트로피가 낮아지는 방향의 힘입니다.
그니깐 추가적으로 더 많은 힘이 들게 되죠!!
어느 정도 이해가 되셨나요? ㅎㅎ
그럼 이쯤에서 짧은 썰!!
사람이 맛을 느끼는 건 짠맛, 쓴맛, 신맛, 단맛이라는데 어떻게 다양한 맛을 느낄수있는거에요?
흠... 우리가 흔히 교과서에서 맛지도라고 배우는게 틀린 것은 아시죠?
사실 위에 있는 맛지도가 틀렸다는 것은 집에서 간단한 실험만 해봐도 알 수 있습니다.
레모나 혀 끝으로 먹는다고 신 맛이 안느껴지는게 아니죠 ㅎㅎ
사실 맛을 느끼는 기관은 혀 전체에 퍼져있습니다.
그럼 도대체 그 기관에서 어떻게 다양한 맛을 느끼느냐!!
음... 사실 이건 제 전공 분야가 아니라서 ㅎㅎ
대학교 1학년 때 일반 생물학 시간에 배운 바에 따르면 혀에 맛을 느끼는 신경이 있고,
그 신경에서 특정 자극이 오면 이를 칼륨 펌프(?)를 통해 전기적인 신호로 바꿔서 뇌로 보내고
이 신호를 해석해서 그 맛을 느끼게 되는 것입니다.
그럼 이 신호 중에 하나만 잘못되어도? 우린 미각을 잃어버리는 것이죠.
예를 들어 혀에 맛을 느끼는 신경이 선천적으로 없는 사람이 있다!
라고 하면 태어나서부터 맛을 모르겠죠.
신경은 존재하지만 뇌까지 연결된 전선(신경)에 문제가 있다!
라고 하면 혀에선 뭔가 신호가 계속 가지만 중간에 신호는 Lost ㅠㅠ
결국 맛을 느끼지 못하겠죠.
이번엔 뇌에서 신호 처리를 잘못한다고 해봅시다.
짠맛 신호를 어느 순간 단 맛으로 해석하기 시작했다!
이러면.... 소금을 설탕처럼 퍼먹다가 나트륨 중독으로 죽을껍니다. ㅠㅠ
혹시 혀돌기에서 어떤 기작이 일어나서 맛을 느끼는 것인지 궁금하신 것이라면...
다른 분 댓글로 답변 부탁드려요 ㅠㅠ
감칠맛은 진짜 5번째 맛으로 판명난 것인가요?
제가 알기론 5번째 맛이라고 주장한 것은 감칠맛이라는 것을 발견한 일본의 학자입니다.
일본(이나 한국)에서의 국물맛 연구를 하다가 다시마 추출물에서 감칠맛을 발견하면서
그렇게 주장을 했다고 알고 있는데요.
판명이 났다기 보다는... 주장이 아닐까 싶습니다. (자세히는 모릅니다 ㅠ)
사실 서양의 경우에는 감칠맛이라는게 잘 없죠... ㅎ
우어어어....
쓰는데 한 시간 정도 걸렸네요 ㅎㅎ 오늘은 여기까지!!
혹시 내용 중에 수정되어야 할 부분, 틀린 부분이 있다면
적극적으로 코멘트 부탁드립니다~~~~~
지식은 공유되어야 하니깐요 ㅎㅎ
그럼~~
2교시를 위해서 다른 질문도 부탁드려요~~~~
굿나잇 ^^ (여긴 자정이랍니다 ㅎㅎ)
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