차가운 물에 얼음을 넣으면 쩌저적! 갈라지는 이유
무더운 여름, 시원한 음료에 얼음을 넣다 보면 갑자기 ‘따다닥’ 또는 ‘쩌억’ 하는 소리가 들릴 때가 있습니다. 자세히 살펴보면 멀쩡했던 얼음 안쪽에 금이 생기거나 여러 조각으로 갈라져 있기도 하는데요.
단단한 얼음이 물에 닿았을 뿐인데 깨지는 이유는 무엇일까요? 여기엔 얼음의 겉과 속에서 서로 다르게 일어나는 온도 변화가 숨어 있는데요! 함께 알아봅시다.
1. 얼음을 가르는 온도 차이!
냉동실에서 막 꺼낸 얼음은 물이나 음료보다 훨씬 낮은 온도를 가지고 있는데요. 이렇게 차가운 얼음을 상대적으로 따뜻한 물에 넣으면 얼음 표면의 온도가 갑자기 상승합니다.
물체가 짧은 시간 안에 큰 온도 변화를 겪는 현상을 열충격이라고 하는데요. 얼음도 갑작스러운 열충격을 받으면 내부에 강한 힘이 생기게 됩니다. 결국 얼음이 그 힘을 견디지 못하게 되면 금이 가거나 여러 조각으로 갈라지는 것이죠.
2. 열충격으로 인한 열응력
물에 닿은 얼음의 겉부분은 빠르게 따뜻해지지만, 열이 얼음 중심까지 전달되는 데는 시간이 필요합니다. 그래서 얼음의 표면은 온도가 올라가면서 팽창하려고 하고, 안쪽은 차가운 상태를 유지하게 되는데요.
겉과 속이 서로 다른 크기로 변하려 하면서 얼음 내부에는 잡아당기고 밀어내는 열응력이 생깁니다. 얼음은 고무처럼 부드럽게 휘어지기 어려운 물질이기 때문에 열응력이 일정 수준을 넘으면 균열이 생기게 되는데요. 실제로 얼음 표면의 갑작스러운 온도 변화와 내부 온도 차이가 균열을 일으킬 수 있다고 합니다.
3. 균열이 생기는 소리가 있다
얼음이 갈라질 때 들리는 소리에도 열충격과 관련이 있는데요. 얼음 안에 쌓여 있던 힘이 한순간에 풀리면서 작은 균열이 빠르게 퍼지고, 이 과정에서 진동이 발생합니다. 이 진동이 공기와 물을 통해 전달되면서 소리로 들리는데요.
캐나다 국립연구위원회의 연구에서는 얼음에 미세한 균열이 생길 때 음파가 발생하며, 눈에 보이는 큰 균열이 만들어질수록 더 강한 소리가 나타나는 것을 발견했습니다. 우리가 듣는 소리는 얼음 내부에서 변화가 일어났다는 걸 나타내는 것이죠.
4. 온도에도 영향이 있을까?
그렇다면 따뜻한 물일수록 얼음이 갈라지는 속도에 차이가 있을까요? 일반적으로 같은 상태의 얼음이라면 물과 얼음의 온도 차이가 클수록 얼음 표면의 온도가 더 빠르게 변합니다. 얼음의 겉부분과 안쪽의 온도가 훨씬 더 차이가 많이 나기 때문인데요. 그래서 뜨거운 물에 넣을수록 얼음이 더 잘 갈라집니다.
하지만 얼음이 갈라지는 정도가 온도만으로 결정되는 건 아닌데요. 얼음의 크기와 형태뿐만 아니라 결정의 크기와 방향, 내부 기포 등이 균열에 영향을 줄 수 있습니다.
5. 시원한 음료 제조 방법
얼음의 신기한 사실은 큰 얼음보다 잘게 부서진 얼음이 음료를 더 빠르게 차가운 온도로 만든다는 것인데요. 같은 양의 얼음이라도 잘게 부수면 음료와 맞닿는 표면적이 넓어져 열을 더욱 빠르게 흡수할 수 있기 때문입니다.
그래서 음료를 차갑게 마시고 싶을 때는 작은 얼음이나 잘게 부순 얼음을 사용하는 것이 좋은데요. 추가로 음료를 가볍게 저어주면 차가워진 부분과 따뜻한 부분이 섞이면서 온도를 더욱 빠르게 낮출 수 있죠. 반대로 음료를 오랫동안 차갑게 유지하고 싶거나 맛이 밍밍해지는 것을 방지하고 싶다면 큰 얼음을 사용하는 것이 방법!
우리가 여름철 음료에서 쉽게 듣는 얼음의 ‘딱’ 소리에는 온도 차이와 열충격이라는 원리가 숨어 있었는데요! 얼음의 겉부분은 물에 닿자마자 따뜻해지지만, 안쪽은 차가운 상태로 남아 있어 서로 다른 변화가 일어나죠.
무심코 지나쳤던 얼음의 작은 소리도 사실은 온도와 물질의 성질이 만들어낸 현상이라니, 신기하지 않나요? 이번 여름! 시원한 음료에 얼음을 넣게 된다면 얼음 속에서 일어나는 작은 변화를 관찰해 봅시다. 지금까지 휴비스였습니다.