젓가락 하나로 들어올린다고!? 쌀과 페트병이 만드는 놀라운 과학 마술 (마찰력의 폭발적인 힘!)

과학 실험가 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험입니다!

젓가락 하나로 쌀이 가득 찬 무거운 페트병을 들어 올릴 수 있다고 하면 믿으시겠어요? “에이, 말도 안 돼!”라고 생각할지도 모르겠네요. 하지만 ‘아주 작은 요령’만 더하면, 마치 마법처럼 번쩍 들어 올려집니다. 오늘은 이렇게 신기하고 재미있는 과학 실험을 소개해 드릴게요. 준비물은 어느 집이든 다 있는 것들이랍니다. 자, 그럼 과학 마법의 문을 함께 열어 볼까요?

도전! 젓가락으로 페트병 들기 실험

먼저, 이 현상이 얼마나 놀라운지 직접 체험해 봅시다.

단계 1: 일반적인 방법 페트병에 쌀을 (찰랑찰랑) 흘려 넣고, 그 안에 젓가락을 쑥 넣어줍니다.

그리고 젓가락을 잡고 살짝 들어 올려 보세요. …어떠신가요? 아마도 젓가락만 스르륵 빠져 버렸을 겁니다. 뭐, 당연한 결과겠죠.

단계 2: 마법의 한 수 이제부터가 진짜입니다! 쌀이 담긴 페트병을 책상 등에 대고 톡톡 가볍게 쳐 보세요. 그러면 쌀 알갱이 사이의 틈이 채워지면서 전체 양이 살짝 가라앉는 것을 볼 수 있습니다. 틈이 없어질 때까지 쌀을 더 채우고 다시 톡톡 치는 것을 반복해서, 페트병 안을 쌀로 아주 꽉 채운 상태로 만듭니다.

자, 준비가 끝났습니다. 이제 꽉 채워진 쌀의 중심에 이번에는 힘을 주어 젓가락을 꽂아 주세요! 그리고 아까와 똑같이 젓가락을 잡고 들어 올리면…

놀랍게도, 쌀이 가득 찬 페트병 전체가 젓가락과 함께 들어 올려집니다! 마치 쌀과 젓가락이 강력 접착제로 붙어버린 것 같아요. 정말 신기하죠?

마법의 정체는, 작은 힘들의 오케스트라!

이 현상은 사실 마법이 아니라, 우리 생활에서 아주 가까이 접할 수 있는 ‘마찰력(摩擦力)’이라는 힘이 주역입니다.

손을 비비면 따뜻해지죠? 이것도 마찰력 덕분입니다. 마찰력이란 물체와 물체가 접촉하는 면에서 움직임을 방해하려는 힘을 말합니다.

그럼 왜 쌀을 꽉 채워 넣었더니 마찰력이 강해졌을까요? 핵심은 ‘수직항력(垂直抗力)’이라는 또 하나의 힘에 있습니다. 어렵게 들릴지 모르겠지만, 쉽게 말해 ‘물체를 밀어내는(또는 누르는) 힘’이라고 생각하시면 됩니다.

쌀을 톡톡 쳐서 채우는 과정에서, 쌀알 하나하나가 옆에 있는 쌀알과 젓가락, 그리고 페트병의 벽을 사방에서 강하게 밀어내는 상태가 됩니다. 이 ‘밀어내는 힘(수직항력)’이 강해질수록, 그에 비례하여 ‘움직임을 방해하는 힘(마찰력)’ 역시 훨씬 강해지는 성질이 있습니다. 이를 수식으로 나타내면, 마찰력(f)은 다음과 같습니다.

f=μN

μ(뮤)는 미끄러짐 정도를 나타내는 계수이며, 이번 실험의 가장 큰 핵심은 N, 바로 수직항력입니다. 쌀을 꽉꽉 채워 넣음으로써 이 N의 값이 매우 커진 것이죠.

쌀알 한 톨이 만들어내는 마찰력은 매우 작지만, 페트병 안에는 수천, 수만 개의 쌀알이 들어 있습니다. 이 수많은 쌀알들이 만들어내는 작은 마찰력들이 합쳐져 마치 오케스트라처럼 하나의 거대한 힘이 되어 젓가락을 단단히 붙잡아 놓은 것입니다. 그 힘의 합이 쌀과 페트병의 총 무게를 넘어선 순간, 이 신기한 현상이 발생하는 것이죠.

이 원리는 가루(粉)나 알갱이(粒)처럼 수많은 입자가 모인 **’분체(粉體)’**라고 불리는 물질의 흥미로운 성질 중 하나로, 과학계에서도 활발하게 연구되고 있답니다. 친구나 가족 앞에서 이 ‘과학 마술’을 꼭 한번 선보이세요. 분명 모두 깜짝 놀랄 겁니다!

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