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‘우유 왕관’, 기네스 맥주의 거품, 맥주의 엔젤링, 샴페인의 기포, 커피의 얼룩에서 바깥쪽이 짙은 이유, 라면 먼저 넣어야할지, 스프 먼저 넣어야 할지, 커피에 비스킷 적셔 먹기, 샤워 커튼이 갑자기 몸을 감싸는 이유, 투수의 변화구에 담긴 원리...

누군가는 그건 그렇게 생겨먹은 거지, 그 이유까지 파고들 생각을 하지 않을 이 모든 현상들에 과학자들은 관심을 갖는다. 초고속 카메라로 촬영하기도 하고, 실험을 하기도 한다. 원리를 설명하고, 공식을 만든다(혹은 공식에서 원리를 유추한다). 이 모든 현상들을 설명하는 과학은 이른바 ‘유체역학’이라 불린다. 그러니까 ‘흐르는 것들의 과학’인 셈이다(사실 “흐르는 것들의 과학”이라는 제목의 책이 이미 있다. 저자인 송현수도 인용하고 있는 마크 미어도닉의 책이다).

과학자라면 그 원리를 깊게 탐구할 것 같지 않은 현상들이지만, 과학자가 아니라도(더 좁히면 물리학자가 아니더라도) 이 중 적지 않은 현상들에 궁금증을 가지고 있었다. 물방울이 어떤 표면에서는 동그란 모양을 유지하는 이유는?(특히 연잎에서), 소변을 눌 때 최대한 튀지 않게 하는 방법은?(가장 좋은 방법은 앉아 싸는 것이긴 하지만), 기네스 맥주캔 안에 들어간 구슬의 정체는?(그게 거품 때문이라는 건 알지만 도대체 그게 거품과 무슨 상관일까?), 샴페인은 어떻게, 어떤 잔에 따라야 하는 걸까? 와인의 눈물이라는 건 왜 생기는 걸까? 초콜릿 분수가 일직선이 아니라 안쪽 살짝 말리며 떨어지는 이유는? 따뜻한 물이 먼저 언다니 그건 또 무슨 말일까? 등등. 굳이 설명하지 않아도 될 것 같은 이 질문들에 과학은 때론 장난스럽게, 때론 치열하게 접근하고 있다. 이런 신기한 현상에 대한 답을 찾는 것 자체에 의미를 두기도 하지만, 이런 질문들에 대한 답을 찾는 과정과 결과가 보편적인 과학 원리를 알아내고, 또 실용적인 문제를 해결하는 데 이용되기도 한다.

이런 사소하지만, 결국은 중요한 호기심에 대해 답을 하면서 우리의 지식은 쌓여간다. 그렇게 쌓은 지식은 서로 얽혀 우리의 삶을 풍요롭게 한다. 송현수 박사는 호기심에서 지식으로, 지식에서 과학으로, 혹은 그 반대 방향의 흐름을 잘 만들어내고 있다. (한 가지 아쉬운 점은 좀 어렵게 쓴 부분이 적지 않다는 점! 공식들은 건너뛰는 편이 이 책을 슬기롭게 읽는 방법이다.)

 과학이란 렌즈를 통해 미시적인 세계를 들여다 볼 때 놀라온 것은 그 어느 것 하나도 그냥 존재하거나 만들어지는 것은 없다는 것이다. 그걸 너무나 잘 보여주는 것이 유체역학 분야다. 물방울의 증발 현상에 대한 연구로 2012년에 공학박사 학위를 받은 송현수의 책, '커피 얼룩의 비밀'은 그런 유체 역학 분야를 다룬다. 그것도 아주 쉽고 재밌게. 내겐 한없이 낯선 분야라 처음 이 책을 읽을 땐 어려우면 어떡하지 슬쩍 걱정되기도 했는데, 그건 첫 장을 읽는 동안에 이미 휘발되어 버렸다. 광고로 너무나 익숙한 모습이기도 한 우유 방울이 떨어질 때 만드는 왕관 모양에 대한 설명부터 나를 흠뻑 사로잡아 버린 것이다. 저자에 따르면 우리는 왕관 모양을 신선함의 상징으로 흔히 여기지만 사실 그런 모양은 물방울이 위로 계속 떠오르려는 관성력과 아래로 잡아당기는 중력 사이의 균형이 깨지면서 표면장력에 의해 만들어지는 현상으로 그리 신선하지 않아도 만들어진다고 한다. 그동안 잘못 알고 있었던 오해 하나가 바로 잡혀지는 순간이었다. 또 하나 이 책을 통해 알게 된 재미난 사실이 있다. 당신이 남자라면 화장실 소변기에 조그만 파리 하나가 그려져 있는 걸 자주 봤을 것이다. 그걸 보며 혹시 왜 하필 이런 모양을 그렸는지 궁금한 적은 없었는지. 나는 그게 변기 회사의 누군가가 장난기가 발동하여 그려낸 게 아닐까 막연히 생각했었는데 아니었다. 그것 역시 엄연히 과학적 조사의 결과였다. 소변을 눈 남자라면 누구나 소변이 일정하게 분출되지 않는다는 걸 알 것이다. 길어졌다 뚝뚝 끊어졌다 사이를 소변 줄기는 마구 오고가는데, 그건 소변이 특정 거리를 넘어서면 속도 감소에 따라 표면장력이 달라지기 때문이란다. 이에 대한 전문 용어도 있었다. 플라토-레일리 불안정성 원리라고 그걸 처음으로 발견한 벨기에 물리학자 조셉 플라토와 영국 학자 로드 레일리의 이름을 붙인 것이라 한다. 아무튼 이러한 원리 때문에 소변 방울들은 변기에 부딪혀 사방팔방으로 흩어지는 문제가 생기는데, 어떡하면 밖으로 마구 튀는 것을 줄일 수 있는 지, 그런 방법을 연구하는 학자들도 생겨났다. 그들은 서서 누는 것보다 앉아서 누는 것이 소변이 밖으로 덜 튀게 만드는 방법이라 입을 모은다. 하지만 자존심 때문에 앉아서 눌 수 없는 남자들을 위해 고안된 것이 바로 조그만 파리였다. 네델란드의 청소 관리자인 요스 반 베다프가 1990년대 초에 낸 아이디어로, 소변기의 특정한 지점에 조그만 파리 하나를 그려 놓으면 남자들은 원래 가지고 있는 사냥 본능 때문에 거길 조준해서 소변을 누게 된다. 그런데 그 파리가 그려진 곳은 소변기에서 오줌에 맞았을 때 가장 덜 튀는 곳이다. 그런 공학적인 계산에 따라 파리가 그려진 것이었다. 소변이 가급적 덜 튀게 하기 위해서 말이다. 그저 장난으로만 보였던 파리 그림에 이런 놀라운 과학적 사실이 숨어 있다니, 정말 놀라지 않을 수 없었다. '커피 얼룩의 비밀'은 이런 재밌고도 놀라운 사실을 통해 지금까지 익숙한 것들마저 달리 보게 만들었다. 앞으로 커피 한 잔, 맥주 한 잔을 마실 때마다 거기에 존재하는 유체 역학이 생각나 더욱 흥미롭게 음미할 듯 하다. 나를 둘러싼 주위 환경의 아주 미시적인 분야에선 어떤 일들이 일어나고 있는지 흥미가 있거나 알고 싶다면 '커피 얼룩의 비밀'을 적극 추천하고 싶다. 당신도 분명 이전과 전혀 다른 눈으로 세상을 바라보게 될 것이다.

저자 송현수 박사는 대학에서 기계 설계를 전공한 뒤 작은 세상을 탐험하기 위해 대학원에서 미세유체역학을 전공했다.

그는 책에서 우유에서부터 맥주와 와인, 커피 등에 이르기까지 우리가 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 음료에서 과학을 풀어냈다. 가령 ‘커피 얼룩은 왜 항상 바깥쪽 테두리가 더 진할까?’, ‘맥주 거품은 왜 생겼다가 사라지는 걸까?’, '우유의 왕관 효과는 신선한 우유에서만 확인할 수 있을까?’ 와 같이 음료의 충돌과 거품 그리고 표면장력과 점성 등에 관한 놀라운 이야기다.

남아프리카 나미비아의 나미브 사막은 연간 강수량이 약 20㎜에 불과할 정도로 건조하다. 이 곳에 사는 딱정벌레는 열악한 환경에 적응하여 스스로 물을 만들어 낸다. 뿌연 안개가 낀 이른 아침, 물구나무 서듯 머리를 아래로 향하고 등을 수직으로 세운다. 바람에 흩날리는 미세한 물방울은 등껍데기와 충돌 후 어느 정도 쌓이면 아래로 흘러내린다. 이 원리를 응용하여 사막에서 에너지 없이 마실 물을 얻을 수 있는 ‘Dew Bank(이슬 저장고)’가 개발됐다. 이렇듯 우리 주변을 잘 관찰하면 생각지도 못한 과학의 원리를 발견할 수 있다.

 딱정벌레는 열악한 환경에 적응하여 스스로 물을 만들어 낸다. 오른쪽은 딱정벌레가 물을 만드는 원리를 응용하여 만든 Dew Bank.

이 책은 커피 얼룩의 비밀을 비롯하여 우유 왕관과 맥주 거품의 원리 등 흥미로운 유체역학 이야기를 8장에 걸쳐 들려준다.

커피 얼룩에는 표면 장력의 원리가 숨어 있다. 커피 얼룩이 마른 뒤 살펴보면 얼룩이 균일하지 않고 중심은 상대적으로 연한 색이며 바깥 테두리는 진하다. 왜 그럴까? 물방울은 습도가 낮은 가장자리에서 증발이 활발히 일어난다. 증발로 인해 물이 사라지면 겉보기에는 아무런 움직임이 없는 듯 하지만 실제로는 물방울의 중심에서 바깥쪽으로 흐름이 발생한다. 그리고 눈에 보이지 않을 정도로 매우 작은 커피 알갱이들 역시 그 유동을 따라 이동한다. 가장자리에서 물은 계속 증발하고 커피 알갱이들이 쌓이는데, 이것이 커피 얼룩에서 바깥 테두리 색이 더 진한 이유다.

커피 얼룩에는 표면 장력의 원리가 숨어 있다.

1865년 영국 물리학자 제임스 톰슨이 처음 이 현상을 발견하였고, 이탈리아 물리학자 카를로 마랑고니가 심도 있게 연구하였다. 그리하여 물방울이 증발처럼 표면장력 차이로 인해 발생한 흐름을 마랑고니 유동이라 한다. 이후 미국 물리학자 조사이어 깁스가 이론을 완성하였다.

특히 1980년대 초 막대한 연구비를 투자하여 거품 발생 장치, 위젯(widget)을 개발한 기네스의 노력은 많은 것을 생각하게 해준다. 위젯의 원리는 이렇다. 탁구공보다 작은 플라스틱 공으로 미세한 구멍이 하나 있는데, 뚜껑을 여는 순간 대기압에 노출된 맥주의 압력이 순간적으로 낮아지면 위젯 안에 들어 있던 높은 압력의 질소가 밖으로 강하게 분출되며 거품을 일으킨다.

기네스는 1988년 위젯이 적용된 캔맥주를 출시하였으며 2003년 실시된 조사에서 지난 40년간 개발된 가장 뛰어난 발명품으로 선정되었다. 캔맥주에서도 생맥주처럼 거품을 즐길수 있도록 한 고안 장치는 일상에서 맥주를 즐기는 기쁨을 고스란히 되살린 것이다.

이렇듯 흔히 간과하기 쉬운 곳에서 과학자들은 집념을 가지고 현상의 원리를 관찰하고, 규명하기 위해 끊임없이 노력하고 있음을 잘 엿볼 수 있다. 그 현상 안에 숨은 놀라운 과학의 원리는 그간 놓치고 있었던 과학의 지평을 새롭게 확장해 준다.

아울러 생활 속에서 즐기는 커피, 맥주와 와인, 우유와 비스킷에 관한 이야기는 독자를 더 몰입하게 하면서 원리 속에 쏙 빠져들게 한다. 다 읽고 나면 제법 풍성한 과학 상식을 안겨 된다. 이제 사람들과 커피나 맥주를 마시면서 즐길 수 있는 화젯거리가 늘어난 것도 빼놓수 없겠다.

우유, 맥주, 와인, 커피, 초콜릿, 칵테일, 홍차 등 우리 주변 일상해서 쉽게 볼 수 있는 음료들을 통해 과한 현상을 설명해주는 책입니다

표지에 끌려서 구매해봤는데 생각보다 재미있었습니다

생각보다 사람들이 사는 일상생활에 밀접하게 과학이 존재하는데, 일상생활하면서 큰 의미를 두고 생각해본 적은 없는데다 과학이라고 하면 막연히 접하기 어려울거라고 생각했어요

그런데 이 책에선 일상에서 볼 수 있는 음료들로 과학현상을 쉽게 설명해줘서 재미있게 읽을 수 있었습니다

유체역학, 이름만 들어도 머릿속에 숫자와 복잡한 공식이 빽빽이 쓰여있는 두꺼운 책이 연상된다. 실제 내가 접한유체역학 책들은 그랬다. 그러다 보니 과학을 좋아하는 나지만, 재미난 내용에 쉬운 설명이 가득한 물리학 책에비해, 유체역학 관련 책은 손이 잘 가지 않았다.

그런데 '커피 얼룩의 비밀'이라는 책이 이런 나의 고정관념을 깼다. 유체역학은 산업현장이나 연구소에서만 다뤄지는 학문으로 생각했는데, 이 책을 통해 실생활 곳곳에 쓰이고, 우리가 그냥 당연시하며 관심을 가지지 않았던자연 현상에 숨어 있었던 과학이었다.

무엇보다 이 책은 재미있다는 것이 가장 큰 특징이다. 과학을 좋아하는 이들에게는 볼거리 가득한 잡지처럼 부담없이 즐길 수 있는 책이며, 호기심 많은 학생이나 기발한 발명 또는 아이디어의 비밀을 좋아하는 분에게도 딱 좋은 책이다. 왜냐하면 우리가 자주 마시는 우유, 맥주, 와인, 커피, 홍차, 칵테일과 같은 음료수를 대상으로 이에 숨겨져 있는 유체역학 현상과 이론을 다루고 있으며, 이에 관련된 재미난 역사적 이슈나 기록, 시장 상황, 제조과정, 숨겨진 이야기, 관련 예술까지 다양한 이야기를 함께하고 있기 때문이다.

예를 들어 예전 우유 광고에 많이 등장했던, 왕관현상 이야기도 나온다. 당시 신선한 우유에 상징이었는데, 한마디로 잘못된 광고였다. 우유 점도와 관련된 것으로 신선하지 않아도 왕관 현상은 발생하는 것이었다. 과학을 잘 몰랐던 많은 이들이 속은 것이다. 요즘 TV 광고로 많이 볼 수 있는 기네스 맥주 거품의 비밀도 나온다. 캔맥주에서도부드러운 거품을 맛볼 수 있도록, 무려 100억 원의 연구비를 들여 위젯이라는 것을 만들었다고 한다. 위젯의 질소와 뚜껑을 따는 순간의 대기압의 차이로 많은 거품을 일으키는 것이라고 한다. 그리고 책 제목의 커피 얼룩의 비밀도 빼놓을 수 없을 것이다. 커피 얼룩은 표면 장력과 함께 마랑고니 유동과 관련이 있다고 하며, 커피 얼룩은 3단계로 증발한다고 한다. 참 별별 것을 다 연구한다. 하지만, 그런 노력 덕에 사소한 현상도 이렇게 과학적으로 설명할 수 있고, 새로운 응용이나 발명도 가능한 것이다.

이런 다양한 책 속 주제들은 다양한 사진과 각종 자료, 도표와 그래프 등으로 설명되고 있고, 이에 관련된 각종 공식도 좀 나온다. 하지만 지레 겁먹을 필요는 없다. 공식에 어떤 요소가 작용하는지, 비례냐 반비례냐 무슨 의미인가 하는 정도지, 증명하거나 계산하는 복잡한 것은 없다. 내 경우 이러한 과학 책에 공식이 함께 나오는 것을 좋아한다. 말로 길게 설명하는 것보다, 공식이 더 쉽게 이해될 수도 있고, 기억에 오래 남아, 자주 접할수록 다른 책을볼 때 도움이 되기 때문이다.

아무튼 '커피 얼룩의 비밀'에는 재미난 볼거리가 가득하다. 전에 전혀 몰랐던 각종 음료수의 비밀을 엿볼 수 있었고, 이에 관련된 재미난 이야기도 들을 수 있었다. 유체역학 잡학사전같이 많은 것들이 담겨 있는 책인 것이다. 이책은 유체역학 알레르기가 있는 사람들에게 즐거운 치료약이 되어 줄 것이며, 뇌에게 즐거운 선물이 될 것이다. '커피 얼룩의 비밀' 강추다.