우블렉이 충격에 단단해지는 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

옥수수 전분과 물을 섞은 액체는 천천히 저으면 부드러운 액체 같지만 주먹으로 강하게 내리치면 단단한 고체처럼 튕겨 나가는데요. 우블렉이 충격에 단단해지는 과학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

우블렉이 충격에 단단해지는 원리는 힘을 가할 때 점도가 급격히 증가하는 전단 농화 현상 때문입니다. 우블렉은 흐름의 속도나 가해지는 힘에 따라 성질이 변하는 비뉴턴 유체에 속합니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

미세한 옥수수 전분 입자들이 물속에 빽빽하게 떠 있는 현탁액 상태로 전분 입자 사이사이마다 물 분자가 채워져 있어 입자끼리 마찰되지 않도록 돕는 윤활유 역할을 합니다. 천천히 손을 넣거나 저으면 전분 입자들이 물 윤활층을 따라 부드럽게 서로 미끄러지면서 입자 간의 간격이 유지되기 때문에 전형적인 액체처럼 유연하게 흘러내립니다. 반대로 주먹으로 내리치거나 갑작스러운 힘을 가하면 입자 사이를 채우고 있던 물이 충격 지점 밖으로 순간적으로 밀려납니다. 윤활층을 잃은 전분 입자들이 서로 직접 부딪히며 단단하게 얽히고 물리적으로 맞물리는 정체 현상이 일어나면서 일시적으로 단단한 고체처럼 변합니다. 충격이 사라지면 밀려났던 물 분자가 다시 전분 입자 사이로 스며들면서 본래의 부드러운 액체 상태로 돌아갑니다.

Answer 2

안녕하세요. 우블렉이 충격을 받았을 때 단단한 고체처럼 변하는 현상은 전단 농화라는 유변학적 현상으로 설명할 수 있습니다. 유변학은 액체와 고체가 힘을 받을 때 어떻게 변형되고 흐르는지를 연구하는 분야인데요, 우블렉은 옥수수 전분 입자를 물에 분산시켜 만든 혼합물로, 일반적인 액체와 달리 가해지는 힘의 크기와 속도에 따라 점도가 크게 달라지는 특징이 있습니다.

이때 점도란 액체가 흐르는 것을 방해하는 정도를 의미합니다. 우블렉을 천천히 저으면 전분 입자들이 물속에서 비교적 쉽게 이동하고 서로 지나갈 수 있으므로 부드러운 액체처럼 흐릅니다. 하지만 주먹으로 강하게 내리치거나 빠르게 압력을 가하면 전분 입자들이 순간적으로 밀집하면서 입자 사이의 상호작용이 달라집니다.

천천히 힘을 가할 때는 물이 입자 사이에서 윤활제처럼 작용하여 입자들이 서로 미끄러지며 움직일 수 있습니다. 반면 빠른 충격이 가해지면 입자들이 움직일 시간이 부족해지고, 입자 사이의 좁은 공간에서 물이 충분히 재배치되지 못하면서 입자들이 서로 강하게 밀어내는 접촉 상태가 형성됩니다. 이때 입자들은 일시적으로 서로 맞물리고 밀집된 구조를 만들어 움직임에 저항하며, 결과적으로 혼합물의 유동 저항이 급격히 증가하여 마치 단단한 물질처럼 느껴집니다. 다만 우블렉이 실제로 화학 반응을 일으켜 고체로 변하는 것은 아니고, 외부에서 가해지는 힘에 따라 흐름에 대한 저항이 순간적으로 증가하는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.