젤리를 당겼을 때 다시 돌아오는 [점탄성]이란?

이번 포스팅에서는 젤라틴을 넣은 젤리가 당겼을 때 다시 되돌아오는 탄력성인 

점탄성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

점탄성은 viscoelastic 이상적인 액체ideal liquid가 가진 점성viscous과 이상적인 고체ideal solid의 탄성 elastic을 동시에 가지고 있는 특성을 의미하며, 바이센베르크Weissenberg 효과, 다이 부풀음 die-swelling현상, 되튐recoil현상 등이 점탄성 물질에서 관찰될 수 있습니다.

 

동적 점탄성 시험dynamic viscoelastic test은 비파괴적으로 아주 작은 변형(또는 응력)을 사인파 형태로 가한 후 얻어진 반응 곡선의 진폭 및 위상차를 분석하여 점탄성을 측정합니다.

동적 점탄성 시험에서 저장계수storage modulus는  물체의 탄성을 나타내고, 손실계수loss modulus 는 물체의 점성을 나타냅니다. 아울러, 탄젠트는 손실계수를 저장계수로 나눈값으로서 그 값이 작아직수록 탄성 비율이 증가하고 점성 비율이 감소한다는 의미 입니다.

 

위상 각도phase angle는 완전탄성체의 경우 0도, 완전점성체의 경우 90도, 점탄성 물체의 경우 0도와 90도 사이의 값을 가지는데, 45고 각도보다 큰 값을 가질때는 액체 점탄성viscoelastic liquid, 45도보다 작은 값을 가질 경우 고체 점탄성viscoelastic solid이라고 합니다. 

 

응력 완화 시험stress relaxation test은 시료에 일정한 변형률strain을 순간적으로 가하고 그 변형률을 일정하게 유지시키기 위해 필요한 응력stress을 측정하여 점탄성을 측정합니다. 

응력 완화 시험에서 초기 응력 값의 0.368 즉, 36.8%에 해당하는 응력 값을 가지게 되는 시간을 응력 완화 시간stress relaxation time이라고 하는데 탄성 특성이 강해질수록 완화시간이 증가하고 점성 특성이 강해질수록 완화 시간이 감소합니다.

 

크리프트 회복 시험은 순간적으로 응력을 시료에 가한 후 시간에 따른 변형률 즉, 크리프와 그 응력을 제거한 후 원래 상태로 돌아오는 특성recovery을 측정합니다.

크리프트 회복 곡선에서 최대 변형률 값의 63.2%에 이르는 시간을 지연시간retardation time 이라고 하는데 지연 시간이 작아질수록 탄성적 성질이 강해지는 것을 이미하고, 지연시간이 커질수록 점성 특성이 강해지는 것을 의미합니다.

 

데보라 수Deborah number, De값은 물질의 특성 시간charactenistic time of the material 을  물질 변형을 관찰하는 시간characteristic time of observation으로 나눈 값으로서, De 값이 커질수록 고체와 같은solid-like 특성을 가지고 De 값이 작아질수록 액체적 liquid- like 특성을 가지게 됩니다.

 

물체의 점탄성을 설명하기 위하여 기계적 모델을 mechanical analog 활용하고 있는데, 탄성을 나타내는 스프링spring과 점성을 나타내는 대시포트dashpot를 연속적으로 직렬 조합한 맥스웰Maxwell 모델, 병력 조합한 켈빈 모델이 대표적으로 사용 됩니다.  

 

이번 포스팅에서는 식품이 가지고 있는 탄성을 이해하고, 

식품의 탄성을 측정하는 시험에 대해 이야기 해 보았습니다.