중력 따위 두렵지 않아! 스펀지가 물을 빨아올리는 ‘초미니 등반가’의 정체

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일 실험입니다.

주방에서 쏟은 물을 걸레로 재빨리 닦아내거나, 목욕 후 스펀지로 물기를 쏙 빨아들이는 일. 너무나 당연하게 하는 행동이지만, 사실 그 안에는 중력을 거스르는 놀라운 현상이 숨어 있습니다. 예를 들어 홍차에 키친타월을 살짝 담가 보면 물이 스르르 위쪽으로 올라가는 것을 볼 수 있습니다. 대체 왜 이런 일이 일어나는 걸까요?

이번에는 스펀지나 걸레가 물을 빨아들이는 놀라운 원리를 정리해 보았습니다.

물을 끌어당기는 다공성 구조

스펀지를 가까이에서 보면 아주 작은 구멍이 무수히 뚫려 있죠. 이런 구조를 「다공성(多孔質)」이라고 합니다. 스펀지 내부는 가느다란 관과 틈이 복잡하게 얽혀 있어 마치 작은 정글처럼 되어 있습니다. 바로 이 수많은 「가느다란 틈」이 물을 끌어올리는 핵심적인 역할을 합니다.

모세관 현상

키친타월이나 걸레, 그리고 스펀지가 물을 빨아들이는 가장 큰 이유는 바로 「모세관 현상」이라는 원리 때문입니다. 가느다란 관 모양의 구조물을 액체에 담그면, 액체 표면이 중력을 거슬러 스르르 위로 올라가는 현상입니다.

여기에는 두 가지 힘이 크게 관여합니다.

• 부착력: 물 분자가 스펀지의 벽에 달라붙으려는 힘입니다.
• 표면장력(응집력): 물 분자끼리 서로 단단히 손을 잡고 하나의 덩어리가 되려는 힘입니다.

이 두 힘이 함께 작용하면 물은 스스로 좁은 틈 속으로 파고들어 갑니다. 놀랍게도 틈이 좁을수록 물을 끌어올리는 힘은 더욱 강해집니다.

부착력과 표면장력

그렇다면 물은 어떻게 스펀지나 유리벽을 「기어오를」 수 있는 것일까요? 그 비밀은 분자 표면에 있는 「-OH(하이드록시기)」라는 구조에 숨어 있습니다. 걸레나 천연 스펀지의 주성분인 셀룰로스에는 이 -OH가 무수히 많이 붙어 있습니다. 이 -OH는 강한 전기적 치우침, 즉 극성을 가지고 있어서 역시 극성을 가진 물 분자를 향해 「이쪽으로 와!」라고 손짓하는 것과 같은 역할을 합니다.

모세관 현상이라고 하면 키친타월보다는 가느다란 유리관에서 물이 위로 올라가는 모습을 떠올리는 사람도 많을 것입니다. 그런데 이것은 왜 가능한 것일까요? 놀랍게도 매끈해 보이는 유리 표면에도 공기 중의 수분과 반응하여 만들어진 「실라놀기(Si-OH)」라는 구조가 존재합니다. 유리관을 물에 넣었을 때 물의 높이가 올라가는 것은 다음과 같은 과정이 매우 빠르게 반복되기 때문입니다.

1. 기어오르기(부착력): 벽면의 -OH가 물 분자를 끌어당기면서 물이 벽을 따라 올라갑니다.
2. 끌어올리는 표면장력(응집력): 벽에 달라붙은 물 분자가 옆에 있는 다른 물 분자에게 「같이 가자!」라고 하듯 위쪽으로 끌어올립니다.

이렇게 물을 끌어올리는 힘과 물 자체의 무게가 균형을 이룰 때까지 물은 계속해서 위로 올라갑니다.

기름이 종이를 타고 올라가는 「숨은 힘」

여기서 한 가지 궁금증이 생기지 않나요? 「물처럼 극성(전기적 치우침)이 없는 기름은 왜 키친타월 등에 빨려 올라갈까? 물과 마찬가지로 닦아낼 수 있는 이유는 무엇일까?」라는 의문입니다.

【科学監修】キッチンは実験室！静電気と毛細管現象で暮らしを楽しくする科学の知恵「教科書で習ったアレ」（テレビ朝日）

기름에는 물처럼 강력하게 서로를 끌어당기는 「수소 결합」이 없지만, 분자 세계에는 반데르발스 힘이라는 좀 더 은은한 인력이 존재합니다. 이것은 거의 모든 분자 사이에서 작용하는 「왠지 모르게 서로 가까이 붙어 있으려는 힘」이라고 할 수 있습니다. 키친타월의 주성분인 셀룰로스(탄소와 수소가 주로 이루어진 물질)와 기름 분자(이 역시 탄소와 수소가 주로 이루어진 물질)는 이 반데르발스 힘을 통해 서로 어느 정도 잘 달라붙을 수 있습니다.

기름의 경우에는 표면장력이 물보다 훨씬 약하기 때문에, 서로 뭉쳐 있으려 하기보다는 「틈만 있다면 어디까지든 퍼져 나가자」는 성질이 훨씬 강합니다. 바로 이 「잘 퍼지는 성질」 덕분에 기름은 키친타월의 섬유를 만나면 스르르 틈 사이로 파고들어 갑니다.

하지만 물과 비교해 보면 알 수 있듯이, 기름은 한 번 쏟고 나면 물보다 닦아내기가 훨씬 어렵습니다. 물처럼 극성을 가지고 있지 않기 때문에 축축하게 달라붙는 느낌이 강하고, 물에 비해 빨려 올라가는 효과가 훨씬 약하다는 것을 알 수 있습니다.

일단 기름 분자가 섬유 사이의 좁은 틈에 발을 들여놓으면, 그다음부터는 지금까지 살펴본 「모세관 현상」이 주인공이 됩니다. 키친타월은 아주 가느다란 섬유들이 복잡하게 얽혀 있는 「초미세 정글」과 같습니다. 틈이 매우 좁기 때문에 반데르발스 힘처럼 약한 부착력이라도 좁은 공간에 들어간 액체를 끌어올리기에는 충분한 힘이 됩니다.

물의 모세관 현상이 서릿발을 만든다! 이 글도 함께 읽어보세요.

朝だけの氷のキノコ！霜柱に隠された毛細管現象の正体

문의 및 의뢰에 관하여

과학의 신비와 재미를 좀 더 가까이에서 느껴보세요! 집에서도 할 수 있는 재미있는 과학 실험과 그 요령을 알기 쉽게 소개하고 있습니다. 다양한 내용을 검색해 보세요!
・과학의 네타장의 내용을 책으로 만나보실 수 있습니다. 자세한 내용은 여기
・운영자인 쿠와코 켄에 대해서는 여기
・각종 의뢰(집필・강연・실험 교실・TV 과학 자문・출연 등)는 여기
・새 글 소식은 X에서 받아보세요!

과학의 네타 채널에서는 실험 영상을 공개하고 있습니다!

９月のイチオシ実験！

お弁当箱をプラバンがわりにしてキーホルダーを作ろう！

プラスチックお弁当箱を使ったキーホルダー作り！

テレビ番組監修・イベント等のお知らせ

• ８月２７日（木）科学監修番組放送予定
• ９月２０日（日）ダビンチマスターズ出演予定
• １０月１０日（土）11:15~12:00　千葉市科学フェスタ2026「桑子先生の回転科学ショー」にてサイエンスショーを行います。
• 12月26日（土）　ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催

書籍のお知らせ

• 『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
• 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）…　高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。

各種SNS（更新情報をお届け！）

【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook　【英語】BlueSky／Threads

Explore

• 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
• 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
• Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
• 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
• 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
• About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
• お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。