학문

우리가 손가락으로 거친 사포를 문지를 때와 매끄러운 유리창을 만질 때 느껴지는 마찰력의 차이는 어디서 올까요

표면이 울퉁불퉁하고 거친 물질을 만질 때는 손가락 끝에 큰 저항감이 느껴지고, 표면이 매끈한 유리나 거울을 만질 때는 미끄러지듯 부드럽게 움직이는 이유가 물리학에서 말하는 마찰력 때문이잖아요. 두 물체가 맞닿는 접촉면의 미세한 원자 구조나 요철 상태가 어떻게 맞물리기에 이런 저항력의 크기가 눈에 띄게 달라지는지 궁금합니다.

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    두 경우에 마찰이 생기는 방식이 서로 달라요. 그래서 손끝 감각이 확 다르게 느껴지는 거예요.

    사포는 요철이 맞물려 걸리는 방식이에요. 표면에 수십 마이크로미터짜리 날카로운 입자들이 박혀 있어서, 손가락 피부가 그 사이 골짜기로 눌려 들어가요. 밀면 피부가 입자 하나하나를 넘어가야 하고 그때마다 피부가 눌리고 긁히며 변형돼요. 이 변형에 쓰이는 에너지가 곧 저항으로 느껴지는 거예요. 피부는 무른 재료라 요철에 잘 파묻히는데, 이게 사포의 저항감이 유독 큰 이유예요. 자갈길을 걷는 것과 비슷해서 미끄러지는 게 아니라 넘어가는 감각이 나오죠.

    유리는 반대로 요철이 거의 없어요. 그래서 걸릴 데가 없는데도 완전히 미끄럽지는 않아요. 여기서 작용하는 건 분자 사이의 인력이에요. 두 표면이 원자 단위로 가까워지면 서로 끌어당기는 힘이 생기고, 밀 때 이 결합을 계속 끊어야 하니 저항이 남아요. 매끄러울수록 실제로 닿는 면적이 넓어져서 이 인력의 총량이 커지는데, 그래서 초정밀하게 연마한 금속 두 장은 오히려 달라붙어 안 미끄러지기도 해요. 유리를 만질 때 느껴지는 미끈함은 요철 저항이 사라지고 분자 인력만 남은 상태의 감각이에요.

    손끝의 수분도 변수예요. 손가락에 땀이 조금 있으면 유리 표면과 물막을 통해 붙는 힘이 커져 오히려 뻑뻑해지고, 물기가 많아지면 물이 윤활유 역할을 해 확 미끄러워져요. 같은 유리를 만지는데 날씨에 따라 감촉이 다른 게 이 때문이고요.

    그래서 교과서에서 마찰을 표면 요철의 맞물림으로만 설명하는 건 절반만 맞는 이야기예요. 거친 표면에서는 요철이, 매끈한 표면에서는 분자 인력이 주역이고, 대부분의 실제 접촉에서는 둘이 섞여 있어요 :)

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