엘리멘탈 600만 경축~! :)
제가 뼛속까지 이과에다 나름 공대(건축과)출신인데, 
그동안 너무 철학쪽으로만 영화리뷰를 한듯 하여...
이번엔 과학적 원리에 대해 총정리 해봅니다. 

엘리멘탈이 뒤늦게 아이들/학부모 사이에 입소문난건 요거 때문인 거 같기도...ㅋㅋㅋ
배운지 백만년쯤 되어 기억이 가물가물하니, 오류 발견하면 댓글주세요. 
(왠지 현재 초중고 과학선생님들이 내용을 가장 잘 알듯한?ㅋ )

 

 

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불의 열기 
 

1. 파란 불꽃(Blue Flame) : 불의 온도(temper)

파란색(고온)＞흰색＞노란색＞붉은색 

• 파란색 : 1,400~1,650℃ 
• 흰색 : 1,300~1,500℃ 
• 노란색 : 1,100~1,300℃ 
• 붉은색 : 600~800℃ 

완전연소된 불꽃 또한 푸른색을 띠며, 깔끔하게 이산화탄소와 물만 발생한다는군요. 
(ex. 가스렌지 켤때 나오는 LNG 도시가스의 파란불꽃 생각하심 될듯요. 다른색 나오면 문제있는 겁니다. *출처: 한국가스공사)

 

 

별(항성) 또한 푸른별의 온도가 훨씬 높습니다. 태양은 별 중에선 쩌리였다는?! (5,800K, 약 5,500℃)
푸른별 : 30,000℃ ＞ 붉은별 : 2,700℃

 

한마디로 파란 불꽃(blue flame)은 엠버네가 신성하게 여기며 고이고이 간직할 만한 불다움의 끝판왕입니다. 

그리고 녹는 점 때문인지, 엠버네가 입는 옷도 주로 금속 소재의 느낌이 많은 듯 하더군요. ㅋ
참고로 구리의 녹는점은 1,083℃, 철 1,538℃, 티타늄 1,668℃, 크롬 1,907℃ , 텅스텐 3,422℃ 입니다.
(엠버는 돈벌어서 옷값으로 다쓸듯...ㄷㄷㄷ)

 

 

2. 우산과 열기구 : 열의 대류현상(convection)
열의 이동(전달)은 전도, 복사, 대류의 3가지 방식이 있는데요. 
전도는 직접 접촉(찜질방/온돌 바닥에 궁디 대면 뜨끈함)으로 전달되며, 
복사는 전자기파(태양열/난로)로 이동하여 매질없이 진공상태에서도 전달이 가능하고, 
대류는 매질인 기체/액체가 위아래로 뒤바뀌면서 전달되는 방식입니다. 
(난로는 아래쪽에, 에어컨은 위에 설치하는게 효과적이에요~)

 

기체를 가열하면 부피가 커지며 위로 올라가려는 성질을 갖습니다.(▶상승기류) 
엠버가 우산을 띄우거나, 열기구를 띄운건 바로 이 공기를 가열하는 대류를 활용한 방법이지요. 
특히 막을 씌우면 외부의 찬공기보다 안이 뜨거워 부피가 커지고 밀도가 낮아지기 때문에...  
양력이 생기며 위로 둥실둥실 떠오를 수 있게됩니다. 

 

 

 

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흙/공기와 작용하는 불/물 
 

3. 모래와 유리 : 강화유리(tempered glass)
모래 속의 규소(Si)가 산화된 이산화규소(SiO₂)는 유리, 콘크리트의 주성분입니다.  
유리(SiO₂/투명한 비결정 고체)와 석영(SiO₂/결정구조의 광물)은 서로 비슷한 물질인데, 
천천히 굳으면 석영, 급속으로 냉각하면 유리가 됩니다. 
유리의 녹는점은 대략 1,500~1,700℃ 인데요. 
강화유리는 판유리를 약 500~700℃의 연화온도로 구운 뒤, 공기로 급속냉각을 해서 만들어집니다. 

열(temper)을 조절해서 강화유리를 tempered glass라 부르지요. 

 

유리의 발견에 대한 여러 썰 중에 가장 잘 알려진 건... 
지중해 연안에서 뱃사람들이 모래바닥에 불을 피우고  
솥을 걸어 음식을 만들다가 이상한 액체(유리)가 흐르는 걸 발견했다는 이야기가 전해진답니다. 
마치 모래사장에서 엠버가 앉은 곳 주위로 유리가 생긴 거랑 비슷하죠? ㅎㅎ

 

 

 

4. 도시작업반 인부 : 시멘트(cement)
고대로부터 석회에 진흙, 석고를 섞어 건축물의 접착제로 사용했답니다.
▶ 기경성 시멘트(Air setting cement) : 이집트 피라미드 (B.C 5000~)
▶ 수경성 시멘트(Hydraulic cement) : 현대 건축의 꽃! (1756~)
시멘트는 물로 반죽한 뒤 시간이 좀 지나면, 돌처럼 굳는 탄산화반응이 일어나는데요.  
온도가 높거나 습도가 낮을수록 응결이 빨라집니다. 
그래서 건축/토목에선 콘크리트(시멘트+골재+물) 양생을 

혹한기(1~2월)와 장마철(7~8월)을 피해 가급적 5~6월에 많이 하지요.  
한마디로 도시작업반 인부들은 엠버 땜에 죽을뻔하다 웨이드 덕에 산거랍니다.  
(엄한 웨이드한테 뭐라하다닛! ㅜㅜ)

 

 

 

5. "물이 자꾸 새네!" : 파이핑 현상(piping)
투수성이 좋은 지반에서 흙파기 공사를 잘못하면... 
지하수위가 부풀어 오르는 보일링 현상(boiling)이 나타난답니다.
이게 심해지면, 물에 통로가 생기면서 파이프 모양으로 구멍이 뚫리게 되지요. 
주로 댐, 제방 근처에서 지반이 파괴되는 파이핑 현상(piping)이 발생합니다. 
엘리멘트시티는 항구도시라 배가 들어오는 곳 주변으로 제방을 쌓은데다가 운하를 여기저기 파놨으니...ㄷㄷㄷ
자칫 지반이 폭싹 내려앉는 싱크홀이 생길 수 있어요! 

 

 

 

6. 스폰지에 흡수되어 갇힘 : 다공질(porosity)
물은 기본적으로 표면장력을 이룰만큼(오동통~) 응집력(분자 사이 인력)이 강해서...
웨이드처럼 유리병 여러개에 나눠담아도, 한데 부으면 자기들끼리 잘 뭉쳐집니다. 
대신에 다른 분자와 사이에 부착력이 같이 발생하면, 
촥~ 달라붙어 다같이 쭉~ 흡수되는 모세관현상이 발생하지요. 

 

스폰지는 합성수지(우레탄)나 천연 셀룰로오스, 코코넛껍질, 삼베 등으로 만드는데요. 
구멍이 뽕뽕 나서 안에 공기가 많아(=다공질) 흡수력/투수성이 엄청 좋습니다. 
이런 친수성 소재는 접촉각도를 조심해야 하건만, 
호기심많은 웨이드 어린이가 정면으로 꾸우욱~ 눌러본 모양이네요. ㅋㅋㅋ  

 

 

엠버네 가게 흙벽돌도 아마 다공질일 것 같습니다. 
다공질 벽돌은 보온성(항상 따땃~)과 흡수율(웨이드 살려~)이 좋은데다...
흡음성도 좋아서 엠버가 지하실에서 혼자 와아악~하고 빡쳐도 아무도 모르거든요. ㅋㅋㅋ
다만, 강도가 부족해서 구조재로는 부적합합니다. 
수해를 입었을 때 뭐가 부딪힐 때마다 와르르 무너진 걸로 봐서는... (아무래도 흠.......) 
딱지 30개중 1개는 구조 안정성이었을 겁니다. ㅋㅋ

 

 

 

7. 물의 유속과 압력 : 베르누이 법칙(Bernoulli's theorem)
영화 속에서 크게 잘못된 발언이 하나 있었는데요. 
에어볼 게임 후 엠버랑 웨이드가 같이 문제를 해결하러 엠버네 집으로 갔을 때,  
아빠 버니가 물이 자꾸 샌다고 투덜거리는 걸 보고는 
웨이드가 엠버에게 "물이 자꾸 흐르면서 압력이 높아진 것 같다"고 설명합니다. 
아아앜~~!! 요건 완전히 잘못된 설명이에요~!! 
건축과는 정역학만 배워도 되지만, 토목과는 유체역학까지 배워야되는 걸로 알고있는데, 
토목분야 조사관이란 녀석이 이런 발언을?!!! 으이긍~

 

 

물이 흐르면 오히려 압력은 떨어진답니다. 
'유체의 흐름이 빠른 곳의 압력은 유체의 흐름이 느린 곳의 압력보다 낮아진다' (▶베르누이 법칙)
오히려 이 상황은 흐르던 물이 어딘가에서 막히는 바람에 압력이 높아진 것이지요. 
즉, 근본적인 원인은 파이어타운을 단수했기 때문인!
게다가 파이어타운 방향의 운하엔 물이 비어있으니, 
다른 곳보다 압력이 낮아서 일단 물이 이쪽으로 빠르게 흘러 들어오게 됩니다.  
파이어타운에 가까이 갈수록 운하의 폭이 좁아질테니   
병목현상처럼 압력이 갑자기 높아지면서 파괴력이 커지게 되었구요.  

 

 

 

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나무와 물/불 
 

8. 펀의 위반딱지 올리기 : 식물의 삼투압(osmotic pressure)
웨이드가 시청1층에서 초록색 다발 속에 딱지(ticket)를 넣자 위로 쭉~ 빨려 올라가고, 

담당관 펀 그라우치드가 딱지를 넣자 또다시 쭉~ 빨려 올라가는 장면이 나오더군요. 
이건 식물이 뿌리로부터 물과 영양분을 흡수하는 삼투 현상을 보여주는 것 같습니다.
삼투현상은 18세기 프랑스의 성직자이자 물리학자인 장 앙투안 놀레가 최초로 기록했는데...
액체 간의 농도 차이로 일어나는 현상이랍니다. 
특히 식물세포는 물이 많은 용액(저장액)에 놓였을 때, 
세포 안쪽의 농도가 더 높아서 외부의 수분이 세포 안의 액포로 이동하며 통통(팽윤)해집니다. 
이러한 원리로 물과 양분을 이동시키지요. 

그리고 가는 관다발 덕분에 모세관현상이 일어나 쑥쑥 잘 올라갑니다. 
(뒤에 Root  for ourself 라고 써있는 포스터 보이시나요? ㅎㅎ)

 

 

 

9. 비비스테리아의 개화 : 광주기성(photoperiodism)
식물의 개화시기는 밤낮의 길이에 따라 결정되는데요.

이걸 광(光)주기성, 일장효과(日長效果)라고 합니다. 
낮보단 연속적인 밤의 길이에 의해 결정되지요. 
낮밤의 조건에 따라 단일식물(밤>임계암기), 장일식물(밤<임계암기), 
중성식물(낮밤보단 온도, 미네랄 같은 다른 요인)이 있지요. 
비비스테리아가 엠버를 만나자마자 꽃을 피우는 건, 바로 장일식물이기 때문입니다. 
얘네는 어두운 밤, 암기가 계속되다가 적색광을 켜주면 너무 반가워서 꽃을 피우거든요. :)
대게 봄~여름에 피는 꽃은 장일식물, 가을에 피는 꽃은 단일식물이지요. 
모티브가 된 듯한 덩굴식물 등나무(Wisteria) 또한 봄(동아시아)~여름(미국)에 피는 장일식물이랍니다. 

 

*뭔가를 배운게 수십년 전인거 같은데...
수학만 미친듯이 좋아하고, 물리를 안좋아해서...ㅋ
대학물리학 대신 대학생물학을 들었기에, 물리/화학쪽 정보엔 오류가 있을지도... 

참고로 4대 역학 중엔 정역학(건축역학)만 배웠습니다. 
역학은 기계과 출신이 지대로고, 빛과 관련된 내용은 컴공과나 정보통신과 출신이 완전 전문가에요. 

 

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▶NEXT : 물과 불의 빛과 파동 
(굴절, 반사, 렌즈효과 등)

▶NEXT : 물과 탄소의 순환체계
(물의 상태변화와 불의 연소)

유딩/초딩 자녀두신 분들~ 아이들 과학공부 차원에서 엘리멘탈 꼭 보세요오~~! :) 

 

 

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[시리즈 완료]
(1) 오프닝 : 음양오행설과 상생&상극의 기초원리
(2) 본편1 : 물과 불의 상호작용 > 엠버의 성장환경
(3) 본편2 : 물과 불의 궁합분석 > 웨이드의 문제적 상황
ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ <인터미션/디쇽!> ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ
(4) 본편3 : 오행의 순환 > 엠버의 수해대책과 중화★
(5) 본편4 : 오행의 균형 > 공기와 흙의 정체
(6) 본편5 : 웰컴! :) > 비비스테리아의 의미
(7) 엔딩 : 한국의 태극기(4괘)에 담긴 대자연의 원리
(8) 쿠키 : 기독교(창세기)에 담긴 4원소설과 천지창조
ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ <번외/과학원리> ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ
(9) 과학원리 총정리-1 > 흙/공기/나무와 물/불

+OST. 전곡(유투브)
https://muko.kr/3110203

출처: 본인 브런치스토리
https://brunch.co.kr/@nashira/2