섞어도 같은 모양으로 나오는 치약, 파스칼 원리

서론

어릴 때 치약이 항상 일정하게 나오는 것을 보고 치약을 마구 주무르면 섞여서 나올 것으로 생각해 보곤 한다. 하지만 다시 치약을 짜게 되면 원래 있던 형태 그대로 나오게 되는데 왜 그런지 의문이 들었을 것입니다.이번에는 섞어도 같은 모양으로 나오는 치약, 파스칼 원리에 대해 알아보겠습니다.

 

파스칼 원리

파스칼 원리는 유체역학의 기본원리 중의 하나입니다. 17세기 프랑스의 블레즈 파스칼에 의해 제안되었습니다. 파스칼 원리는 밀폐된 공간 속에 들어있는 액체나 기체에 압력을 가하면 압력이 액체나 기체 내의 전 영역에 걸쳐 골고루 동일하게 전달되는 원리입니다. 그림의 작은 면적에 있는 압축판 한 곳에 힘을 가하면 유체에 골고루 동일하게 힘이 퍼져 나갑니다. 

압력은 단위 면적당 힘이 얼마나 가해지는지를 나타내는 지표인데, 아래 그림에서 좁은 면적에 작은 힘만으로도 넓은 면적의 큰 힘을 만들어 낼 수 있습니다.

파스칼 원리

 

파스칼 원리 적용 사례

 

파스칼 원리는 실생활 여러 분야에서 적용되고 있습니다.

1. 유압식 리프트 : 앞서 확인했듯이 작은 힘으로도 무거운 물체를 상대적으로 쉽게 들어 올릴 수 있게 되는 것입니다.

2. 댐 : 댐의 수문이 개방되면 개방된 문에 모든 힘이 전달되어 댐이 파괴될 것 같지만, 유체 한 곳에 걸리는 압력이 수역 전체에 동일하게 분포되기 때문에 댐에서도 파스칼 원리가 사용됩니다.

3. 구멍 뚫은 생수병 : 물이 찬 500mL 생수병에 송곳으로 작은 구멍을 뚫어도 물이 쏟아지지 않는다는 것이, 뚜껑을 살짝 열게 되면 구멍에서 물이 쏟아지게 됩니다. 이는 작은 구멍에 작용하는 대기압이 생수병 속에 있는 작게 들어있는 공기의 압력보다 크기 때문에 물이 나오지 않다가 뚜껑을 살짝 열면 작은 공기가 들어 있던 곳에 대기압이 함께 적용되기 때문에 더 강한 압력이 작용하여 물이 쏟아지게 되는 것입니다.

4. 치약 : 치약을 아무리 눌러서 섞어서 나오는 모양을 섞어 보려고 해도 쉽게 되지 않는데, 이 역시 파스칼 원리가 적용되어 치약 한 곳에 누르는 힘이 치약 내부에 전체적으로 골고루 퍼져 처음 충전된 상태로 유지되어 있게 되는 것입니다.

치약