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[2020 여름호] 2 - 물리학과가 본 캠핑

  • 윤명지
  • 2020-09-11 08:18:15

2020 SUMMER 공대생이 보는 세상 2

물리학과가 본 캠핑
Dept. of Physics




캠핑2

캠핑장에 도착했으니, 더 어두워지기 전에 불부터 피워볼까?

이런! 깜빡하고 라이터를 가져오지 않았잖아?

다행히 비상 키트에 파이어 스틸 Fire Steel이 있네.

파이어 스틸은 이름 그대로 불을 만들어 내는 철로, 철 35%, 세륨 65%가 섞인 페로세륨 Ferrocerium으로 이루어진 합금 막대야. 이 막대를 긁으면 불꽃이 만들어져. 겉보기에 매끄러워 보이는 물체이더라도 원자 수준의 미시세계에서는 모두 울퉁불퉁한 상태야. 그리고 각 원자 안에서는 원자핵, 전자가 존재하고 그로 인해각 원자 사이에는 전자기력이 항상 작용하고 있지.


우리가 파이어 스틸을 칼등으로 긁으면, 파이어 스틸과 칼등이 만나는 접촉면에서 두 물체의 무수히 많은 원자는 서로 충돌하여 작용-반작용이 발생하지. 충돌 과정에서 파이어 스틸과 칼등의 원자들은 운동량 보존 법칙에 의해 상대방 원자에게 운동에너지를 주게 돼. 운동에너지를 주고받는 동안 운동에너지가 일부 손실되는데, ‘고립계에서 에너지의 총합은 일정하다.’는 에너지 보존법칙에 의해 그 운동에너지는 열에너지로 전환돼.


마찰열은 다음과 같은 식으로 결정되는데, 파이어 스틸을 이루는 세륨은 철과 같은 다른 금속에 비해 비교적 저온인 150°C에서도 불이 붙기 때문에 작은 마찰열만 있어도 많은 불꽃을 낼 수 있어.
$$Q = \mu { P V \over J} $$
$\mu$ : 마찰계수
$P$ : 면압
$V$ : 운동 속도
$J$ : 단위 마찰열 당 환산 운동량

칼등으로 불꽃이 잘 안 생기네 ...

어떻게 해야 불꽃이 더 많이 생길까?

마찰열을 결정하는 식에 의하면 마찰열은 운동속도(V)가 빠르고, 면압(P)이 셀수록 더 많이 발생하는 것을 알 수 있어.

칼등으로 파이어 스틸을 더욱더 빠르고, 세게 긁어볼까?
와! 이것 봐~ 파이어 스틸에서 불꽃이 우수수 쏟아지고 있어! 이 불꽃을 장작에 옮기면 되겠다~!
이제 불도 다 피웠으니 음식 재료들을 구하러 가봐야 겠네. 그럼 이제 잘 가! 갈게! 안녕!!


공대생이 보는 세상 3 - 생명과학과가 본 캠핑 편으로 이어집니다.

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ALIMI 25기 전자전기공학과 윤명지

포스테키안이 되고 싶은 친구들 모두 다 파이팅!

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