고무줄이 늘어났다 줄어드는 원리가 궁금합니다.
안녕하십니까.
우리가 일상에서 유용하게 사용하는 고무줄이 있는데요.
이러한 고무는 늘어났다가 줄어드는데 어떤 원리로 이렇게 유연한지 궁금합니다.
안녕하세요.
고무줄의 탄성은 그 본질적 특성이 분자 구조 및 열역학적 반응에 근거를 두고 있습니다. 이 물질은 주로 엘라스토머(Elastomer)라고 불리는 폴리머로 구성되어 있으며, 이러한 엘라스토머는 긴 분자 사슬이 서로 뒤엉킨 형태로 존재합니다. 이 분자들은 본래 무질서한 상태에서 상대적으로 자유롭게 움직일 수 있는 구조적 특성을 지니고 있습니다.
고무줄을 신장시킬 때, 이 분자 사슬들은 힘의 방향으로 정렬되며 이 과정에서 내부적으로 마이크로스코픽 수준의 구조적 재배열이 일어납니다. 이는 엔트로피(entropic) 감소와 관련이 깊으며, 재배열된 분자 사슬들이 본래의 무질서한 상태로 돌아가려는 자연스러운 경향이 고무줄이 원상태로 회복하려는 탄성력으로 나타납니다. 실제로, 이 탄성력은 고무줄 내부의 분자간 상호작용에 기반을 둔 결과로, 신장된 상태에서 이들 분자 사슬이 복귀하려는 힘이 작용합니다.
이러한 변형 과정은 열역학적 특성에 의해 더욱 복잡해집니다. 고무줄이 늘어날 때, 내부의 엔트로피가 감소하고 시스템의 자유 에너지가 증가하며, 이는 주변 환경으로부터 열을 흡수하는 결과를 초래합니다. 따라서 고무줄을 늘릴 때 주위의 온도가 낮아지는 현상을 관찰할 수 있습니다. 이 과정은 열역학의 제 2법칙에 부합하며, 에너지 보존의 원칙과 함께 식별되어야 합니다. 이러한 열역학적 과정을 통해 고무줄의 탄성 거동은 신장과 이완의 주기 동안 일관된 특성을 보이며, 이는 다양한 실용적 응용에 있어 중요한 역할을 담당합니다.1명 평가