인공눈자연눈비교 인공눈만들어지는원리 베이징동계올림픽

인공눈이 만들어지는 과학적 원리에 대하여 알아보겠습니다.

 

눈이란

공기 중의 수증기가 응결되어 만들어진 결정들의 모임입니다.

공기 중의 작은 얼음 입자에 공기 중의 수증기가 달라 붙어 커지게 되는데요.

공기 중의 작은 먼지 입자들은 수증기를 모아주는 핵의 역할을 합니다.

 

인공눈 만드는 장치 제설기

인공적으로 눈을 만드는 기계

장비 5시간 가동 - 최고 60cm의 눈이 쌓임

가격 4-5천만원

시간당 20톤의 물 사용

제설기 100대 스키장 하루 10여시간 가동 5000톤의 물 사용

(물값 1톤 - 2000원, 슬로프를 위해 하루에 1000만원씩 지불)

베이징올림픽은 100프로 인공눈이라고 하는데요. 중국 내부에서 물을 너무 많이 사용해서 주변에 인공가뭄이 생기는 것이 아니냐는 우려도 있습니다.

 

 

인공눈 제작 과학적 원리 인공눈 Artificial Snow

증발

인공눈제조기(제설기)는 압축된 공기와 수증기의 혼합물로 구성되어 있습니다.

압축된 공기와 수증기의 혼합물을 아주 빠른 속도로 내보냅니다. 

이 때 압력이 급격하게 낮아집니다.

압력이 급격히 낮아질 때(단열팽창) 팽창하는데 이너지를 사용하므로 수증기가 가지고 있던 에너지를 방출하면서 우리가 볼 수 있는 눈이 만들어지게 됩니다.

5마이크로미터 이하의 물입자가 차가운 공기와 닿아 순식간에 얼게 됩니다. 

 

제설기로 눈을 만드는 과정

01 제설펌프, 냉각타워 가동, 배관을 통해 고압의 물과 공기를 슬로프로 보냅니다.

02 배관에 물과 공기가 가득채워지면 밸브를 눌러 제설기로 공급하면 눈이 만들어집니다.

 

인공눈이 만들어지는 조건

영하 3도 이하의 온도와 습도 60% 정도의 조건

제설기에서 나온 물이 온도가 낮아지면(냉각) 눈이 만들어지게 되는 것입니다.

온도가 영상이면 눈이 만들어지지 않습니다.

 

인공눈과 자연눈의 차이

인공눈	구분	자연눈
단순한 육각 내지 사각형 모양 돌기들 없음(결정성장 시간 부족)	결정 모양	복잡한 육각형 모양 가지에 돌기들 많음(결정성장시간 충분)
소리 거의 없음 입자 사이이 공기 입자가 포함되지 않음	밟을 때 소리	뽀드득 입자 사이에 공기 포함
적음	자외선 반사	많음
빠름 입자 사이의 간격이 좁아 입자들이 빨리 녹음	녹는 속도	느림
물방울의 결빙	생성 원리	빙정핵의 낙하 빙정핵을 중심으로 주변 물방울의 증발에 의한 수증기 빙정핵으로 달라 붙음
크다 스키 탈 때 속도 빠르고 안정적	마찰력	작다 스키 탈 때 속도 느리고 조종 어려움
얼음가루여서 뭉쳐지지 않음 빈 공간이 적어 부피가 적음	뭉쳐짐 정도	빈 공간이 많아 잘 뭉쳐짐 빈 공간이 많아 부피가 큼
밀도 작음 빈 공간이 많아 부피가 작음 충격 흡수가 잘 되지 않음	밀도	밀도 큼 빈 공간이 적어 부피가 큼 충격 흡수가 잘됨

 

결정 모양

출처 YTN사이언스

자연눈은 육각형 구조이지만, 인공눈은 심하게 모나지 않은 상대적으로 단순한 모양을 보입니다. 이는 급속 냉동이 되면서 결정이 형성될만한 시간적 여유가 없기 때문입니다. 

 

소리 및 자외선 반사 정도

출처 YTN사이언스

자연눈은 눈 사이의 입자 사이의 공간이 많이 생겨 뽀드득 소리가 잘 나지만, 인공눈은 가루를 뿌려놓은 듯한 인공눈은 결정 사이에 공간이 없어 뽀드득 소리가 잘 나지 않습니다. 그래서 자연눈보다 덜 눌려서 소리가 나지 않는 것입ㄴ디ㅏ. 인공눈이 자연눈에 비하여 설질이 딱딱한 편입니다. 또 인공눈은 자연눈에 비해 알베도(반사율)가 낮아 상대적으로 피부에 덜 위험합니다.

부피로 따지면 인공 눈이 자연 눈의 절반 정도라고 한다. 보통 10mm 내릴 비가 눈으로 내리면 10cm가량 쌓인다. 그런데 이 물로 인공 눈을 만들면 5cm 정도 쌓인다. 따라서 스키를 타면 덜 눌리는 인공 눈이 훨씬 잘 미끄러진다. 스키가 미끄러지는 원리는 누르는 압력에 눈이 물로 녹아 윤활유 역할을 하는 데 있다. 인공 눈이 녹는 점도 낮아서 잘 미끄러진다고 한다.

 

인공눈에스 보드나 스키를 더 타기 쉬운 이유

인공눈은 입자 사이의 간격이 좁고 입자 사이에 공기가 없어 결집력이 좋습니다. 결집력이 좋아 마찰력이 더 큽니다. 마찰력이 크므로 인공눈에선 몸을 지그재그로 쉽게 제어할 수 있고, 마찰력이 큰 만큼 스키가 지날 때 쉽게 녹아 활강 속도가 빠릅니다. 또한 녹으면 얼음이 뭉친 모양이 되어 스키를 타기 좋은 눈이 된답니다.

마찰력이 높으면 마찰열이 발생하여 그 열로 눈이 순간 녹으면서 더 쉽게 미끄러지게 된답니다. 속도를 중요시하는 겨울 스포츠에서는 인공눈을 사용합니다. 하지만 인공눈은 밀도가 높은 만큼 충격흡수도 적어 다치기 쉽습니다.

 

인공눈을 처음 만든 사람은 빈센드 섀퍼

1946년 11월 13일 최초의 인공 강설 실험 성공

 

인공눈이 자연눈에 비하여 빨리 녹는 이유

출처 YTN사이언스

자연눈은 입자 사이의 거리가 멀고, 인공눈은 입자 사이의 거리가 가까워 빨리 녹습니다. 인공눈이 빨리 녹는 현상은 얼음알갱이들이 뭉쳐 녹아 마찰력을 크게하여 스키나 보드를 타는데 도움이 됩니다.