왜 탄성 재료는 힘을 가했다가 빼면 원래 상태로 돌아올 수 있나요?

Question

안녕하세요 고무처럼 탄성을 가진 재료는 변형되었다가 힘이 제거되면 원래 상태로 돌아온다고 하던데요 이런 성질이 발생하는 원리와 재료 내부의 분자 구조가 어떻게 작용하는지 알고싶어요

Answer 1

안녕하세요.

고무와 같은 탄성 재료가 변형된 후 원래의 상태로 돌아올 수 있는 능력은 그 재료의 분자 구조와 분자 간의 상호작용에 기반합니다. 탄성 재료의 이러한 성질은 고분자 사슬이라는 긴 분자 구조에서 비롯되며, 이 고분자 사슬들이 어떻게 서로 연결되어 있는지에 따라 그 재료의 탄성이 결정됩니다.
탄성 재료 내부의 고분자 체인들은 일반적으로 서로 교차 연결(cross-linking)되어 있습니다. 이 교차 연결은 고분자 사슬 간에 물리적 또는 화학적 결합을 형성하여, 재료가 변형되었을 때 이러한 결합들이 일시적으로 늘어났다가 원래의 상태로 복귀할 수 있도록 합니다. 외부에서 힘이 가해질 때, 이 고분자 체인들은 늘어나거나 구부러지지만, 힘이 제거되면 이 교차 연결들이 원래의 길이로 돌아가려는 경향 때문에 재료 또한 원래의 형태로 복귀하게 됩니다.
이러한 현상은 엔트로피(entropy)와 관련된 열역학적 원리에 의해 추가적으로 설명될 수 있습니다. 고분자 재료가 변형될 때, 그 구조 내의 엔트로피가 증가하며, 힘이 제거되면 시스템은 가능한 한 낮은 에너지 상태로 돌아가려는 자연스러운 경향을 가집니다. 이 과정에서 분자 간의 탄성력이 작용하여 재료를 원래의 상태로 되돌립니다.