물 위에서 걷기 실제로 가능… '이 가루'만 넣어주면 돼 [주방 속 과학]

입력 2023.08.27 12:00
우블렉
우블렉 위를 걷고 있다./사진='플래머블 TV' 유튜브 캡처
물 위를 걸을 수 있는가? 모든 사람이 정답을 안다. 사람은 물 위를 걸을 수 없다. 그러나 주방에서 흔히 발견할 수 있는 '전분 가루'만 있다면, 우리는 물 위를 걸을 수 있다.

만드는 방법은 간단하다. 물에 옥수수나 감자 등으로 만든 전분 가루만 타면 끝이다. 이 용액을 우블렉(oobleck)이라고 하는데, 살살 만져보면 여전히 액체지만 강하게 내려치면 물이 튀긴 커녕 고체처럼 변한다.

비밀은 전분의 구조에 숨어있다. 전분은 6개의 탄소로 만들어진 육각형 골격에 여러 -OH(수산기)등 작용기가 붙어있는 포도당이 다른 포도당과 물(H2O)를 하나 내놓고 결합한 물질이다. 물은 수산기 두 개가 합쳐지면서 만들어진다. 이런 전분이 물에 들어가면 결합이 풀어지면서 탄소골격 등 물과 상호작용하는 힘이 약한 물질은 안쪽으로, 수산기 등 물과 결합력이 좋은 물질은 바깥쪽으로 배열돼 나선형 구조를 만든다. 이를 마이셀 구조라고 하는데, 바깥쪽에 있는 수산기는 주변의 다른 나선들과 합쳐져 안정적인 다발을 형성한다.

우블렉
미국 시카고대 연구팀은 우블렉에 강한 충격을 가하면 충격을 가한 곳 아래가 기둥 형태의 고체로 바뀐다는 것을 알아냈다./사진=Nature
물속에 있어서 유동적이다. 손을 조심스럽게 넣으면 마치 액체 같다. 그러나 강하게 힘을 주면 물만 주변으로 빠지고 나선 다발만 남아 오히려 서로 강하게 뭉치면서 고체 기둥을 만든다. 옥수수, 감자 등 녹말 분자는 크기가 마이크로미터(㎛) 단위로 커, 물이 빠져도 힘이 가해진 부분 바로 아래 긴 막대 모양의 고체가 형성될 수 있다. 우유도 우블렉처럼 물에 전분 등 여러 물질이 섞인 용액이지만, 세게 쳤을 때 고체로 변하지 않는다. 그 이유는 입자 크기가 작고 농도가 높기 때문이다.

우블렉 현상
우블렉 원리를 밝힌 시카고대 연구팀 연구원 스콧 와이추카이티스(Scott Waitukaitis)가 우블렉 현상을 시연하고 있다./사진=University of Chicago News 제공
우블렉의 원리는 2012년 미국 시카고대에서 저명한 학술지 '네이처(Nature)'에 게재하면서 알려졌다. 연구팀은 우블렉에 강한 힘을 가하면 충격을 준 부분 아래가 고체로 변한다는 것을 고속촬영과 엑스레이로 발견했고, 상세 메커니즘까지 밝혀냈다. 연구팀은 이 현상을 '충격활성고체화(impact-activated solidification)'로 명명했다.

고체는 강한 힘을 가하면 깨지거나, 망가진다. 그러나 우블렉은 충격 흡수력이 매우 뛰어난 것으로 확인됐다. 시카고대 연구팀 연구 결과 고체로 변해도 아래는 액체로 남아 강한 강도의 충격을 흡수할 수 있었다. 또 흡수하지 못해 윗부분이 깨져도 충격이 없어지면 다시 액체화되며 회복했다. 프린스턴대 연구팀이 우블렉 막에 아주 단단한 300g의 탄화텅스텐 막대를 떨어뜨리는 실험을 하기도 했는데, 우블렉은 유리가 깨질 때처럼 살짝 변했다가 빠르게 원래대로 돌아왔다.