[물리학이야기]생활속 물리현상 5부






터널 속의 불빛은 왜 노란색일까?


푸른빛 계통보다는 붉은빛 계통의 빛이 더 멀리까지 전달됩니다. 터널 안에서도 붉은빛이 더 멀리까지 전파되기 때문에 붉은빛이 더 효과적이지만 눈에 피로를 줄 수 있으므로 그 다음으로 산란이 잘 안되는 노란색을 선택한 것입니다. 터널안에서는 안개나 배기가스가 산란을 일으켜 불빛이 멀리 진행하는 것을 방해한다. 

터널 안에서 노란 불빛을 내는 것은 나트륨 등인데, 이것은 나트륨 기체를 방전시켜서 빛을 내도록 한 것입니다. 이 나트륨 등은 빛을 내는 효율이 높아서 다른 종류의 등보다 전력소모가 적은 이유도 한 몫하죠. 정지신호를 나타내는 신호등 색이 붉은색인 이유도 멀리에서 빨리 발견하게 하기 위한 것입니다. 이 붉은색은 위험을 나타내므로 매우 효과적인 정지신호입니다.


저녁 노을이 붉은 이유?


저녁놀이 생기는 이유는 태양이 지표면에 가까이 있기 때문입니다. 태양이 머리 위에 있는 한낮에 비해 해가 지는 저녁에는 태양이 지표면과 가까이 있어서 햇빛이 대기층을 지나는 거리가 긴데, 이 때 파장이 짧은 보라색이나 파란색의 빛은 도중에 거의 흩어져 버리고 파장이 긴 빨간색의 빛이 우리 눈에 많이 도달합니다. 그 결과 해 질 무렵인 저녁에는 붉은 빛의 저녁놀을 볼 수 있는 것입니다.


다시말하면, 푸른 계열의 빛은 다 산란되고 붉은 빛이 우리 눈에 들어오기 때문이다. 긴 공기층을 통과하면서 푸른빛 계통은 산란되고 흡수되어 우리 눈에 거의 도달하지 못하게 된다. 아울러 작은 먼지 등에 의해 산란된 붉은빛 계통의 빛이 우리 눈에 들어오게 된다. 그래서 저녁 노을이 붉게 보이는 것이다. 그렇다고 먼지가 많을수록 붉게 보이는 것은 아니다. 오히려 먼지가 아주 많으면 붉은 빛마저 다 산란되고 어둡게 보인다. 마치 구름에 의해 가려진 것처럼 말이다.


멀리 있는 산이 밝게 보이는 이유?

 
앞쪽에 있는 산보다 멀리에 있는 산이 더 밝게 보입니다. 그리고 그 색은 하늘색에 가깝게 되죠. 먼 산에서 오는 빛 자체가 상대적으로 긴 공기층을 통과하면서 많이 산란되기 때문에 그 산에서 나오는 빛은 거의 눈에 도달하지 못할 것입니다. 따라서 그 산과 우리 사이의 대기의 푸른색 빛이 가장 많이 분포할 것이고 이것이 멀리 있는 산이 파랗게 보이는 이유입니다.
 
 

그 외 물리 현상


1. 세탁물들을 건조대에 널어 말리는 것을 예로 들 수 있습니다. 세탁물을 건조대에 널어놓으면 물이 기화현상이 일어나 액체상태인 물이 햇빛과 열을 받아 기체상태 수증기가 된다.그런데 여기서 주목해야 할 것은 온도가 매우 낮은 겨울에도 빨래가 마른다는 것이다. 빨래의 물이 일단 얼음으로 언 다음 수증기로 승화하면서 나타나는 현상입니다.
 

2. 라면을 끓일 때 물이 끓는 타이밍에 스프를 넣으면 잠시동안이지만 물이 끓지 않는다는 것이다. 잠시동안 물이 끓지 않는 이유는 끓는점 오름 현상 때문이다. 불순물이 섞이게 되면 끓는 점이 올라가게 되는데 그 이유는 용매와 용질 사이의 인력 때문이다. (우선 녹았다는 사실은 인력이 있다는 말이므로) 용매와 용매 사이의 인력보다 용매와 용질 사이의 인력이 더 강한 경우에는 끓는 점이 올라가게 된다. 그렇기에 고체와 액체상태 물의 혼합물의 경우에는 끓는점이 올라갑니다. 하지만 액체와 액체상태 혼합물일 때에는 위처럼 인력의 강, 약에 따라 끓는 점이 올라가기도 하고, 내려가기도 합니다.
 
3. 여름철에 도로나 길가에 물을 뿌리는 것이다. 이러한 예는 증발을 이용해 도로의 열을 빼앗아가는 것이다. 물이 증발하기 위해서는 열이 필요한데, 이것을 물이 기화열을 땅의 열에서 흡수해 증발하게 되는 것이다. 그렇다면 땅의 온도가 일시적으로 시원해질텐데 막 겨울처럼 시원해지기보다는 이글거리는 땅보다는 더 시원해지는 정도의 차이이다. 또한, 여름에 소나기가 왔을 때 시원한 이유도 이와 같은 이유 때문에 장마철에도 시원한 느낌을 받는 것이다.
 
4. 음료수 캔 뚜껑을 열었을 때 기체가 나오는 것과 소리가 나는 것이다. 이 예는 기체의 용해도와 관련된 것이다. 기체는 압력이 클수록 더 많은 양이 녹을 수 있게된다. 그러한 이유는 기체는 장소에 관계없이 고르게 퍼지려는 성질이 있기 때문이다. 예를 들어 압력을 2배로 하면 부피가 절반이 될 것이고 그로인해 분자들이 운동할 수 있는 공간은 절반으로 줄어든다. 이로인해 기체분자들의 밀도가 커지게 되고, 같은 부피의 액체에 기체가 녹는 양이 더 많아지는 것이다. 탄산음료의 경우 캔 내부의 압력은 대부분 3기압 정도의 압력이다. 그렇다면 1기압인 대기압에서보다 CO2(이산화탄소)를 더 많이 녹일 수 있다. 그런데 캔 뚜껑을 열면 기압이 1이 되기때문에 용해도가 낮아져서 음료에 녹아있던 기체분자들이 빠져나오게 된다. 우리들이 콜라나 사이다에서 볼 수 있는 기체방울이 바로 그 빠져나온 이산화탄소들인 것이다.


5. 오래된 철제 금속 제품을 녹이 슬어 못 쓰게 되는 것이다. 철이나 마그네슘, 아연, 알루미늄 등의 금속은 녹이 아주 잘 슬지만 금이나 은과 같은 금속은 웬만해서 녹이 슬지 않는다. 그 이유는 무엇일까? 녹스는 현상은 금속이 산소와 결합하는 현상인데, 어려운 용어로 산화반응이라고 한다. 산소는 아무 금속하고나 쉽게 결합하지 않는다. 금속이 산소와 결합하려면 금속은 산소에게 전자를 내주어야 한다. 즉 산소는 자신에게 전자를 쉽게 내주는 금속하고만 결합하게 되는 것이다.
 
철이나 마그네슘, 아연, 알루미늄과 같은 금속은 전자를 쉽게 내주는 성질이 있어서 산소와 결합하여 쉽게 녹이 슨다. 하지만 은이나 금은 전자를 잘 내주지 않는 성질이 있어서 산소와 결합하기 힘들고 녹이 잘 슬지 않는다. 금속제품을 금이나 은으로 만들면 녹이 슬지 않아서 좋겠지만 가격이 비싸고 강도도 약해 철을 많이 사용하게 되는데, 철을 녹슬지 않게 하는 방법으로 페인트칠을 하거나 또는 녹이 잘 슬지 않는 금속으로 도금하기도 한다. 이것은 산소와의 접촉을 차단시켜 산화반응이 일어나지 않도록 하는 것이다. 그러나 페인트나 도금한 부분이 벗겨지면 공기 중의 산소와 반응하여 녹이 슬기 시작한다.
 
철을 녹슬지 않게 하는 또 다른 방법으로 철보다 더 전자를 쉽게 내놓는 금속인 알루미늄이나 아연 등을 철에 연결하는 방법이 있다. 이들 금속은 전자를 철에 비해 아주 쉽게 내주기 때문에 철 대신 전자를 내주면서 산소와 결합하게 된다. 즉, 이들 금속이 대신 녹슬면서 철을 녹슬지 않게 하는 것이다. 배나 주유소의 기름 탱크, 송수관 등은 이 원리를 이용하기 때문에 녹슬지 않고 오래도록 유지될 수 있는 것이다.





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