날달걀과 삶은 달걀은 돌릴 때 왜 다를까?

날달걀과 완숙 달걀을 같은 힘으로 돌리면 완숙 달걀은 빠르고 매끈하게 도는 반면, 날달걀은 느리고 흔들리며 금방 멎는 경향이 있다. 익힌 달걀의 속은 껍데기와 함께 하나의 단단한 물체처럼 회전하지만, 날달걀에서는 껍데기가 먼저 돌고 액체 흰자와 노른자가 점성에 의해 뒤늦게 끌려가면서 운동 에너지가 내부 마찰로 소모되기 때문이다.

회전을 시작하는 순간부터 차이가 생긴다. 손가락이 달걀 껍데기에 짧은 비틀림을 주면 껍데기는 즉시 각운동량을 얻는다. 완숙 달걀에서는 열로 굳은 흰자와 노른자가 서로 미끄러지지 않으므로 거의 전체 질량이 같은 각속도로 따라간다. 반면 날달걀의 껍데기 안쪽 막과 가까운 액체층은 먼저 움직이지만 중심부의 액체는 관성 때문에 한동안 뒤처진다. 겉모습은 같은 달걀이어도 실제로 돌기 시작한 질량이 다르다.

뒤처진 액체는 가만히 남아 있지는 않는다. 빠르게 도는 바깥층과 느린 안쪽층 사이에 속도 차이, 즉 전단이 생기고, 액체의 점성이 층에서 층으로 운동량을 전달한다. 날달걀 내부도 균일한 물 한 덩어리가 아니라 점도가 다른 흰자 층과 막에 싸인 노른자로 이루어져 있어 유동은 더 복잡하다. 각 부분은 이웃한 부분을 끌지만 처음부터 똑같은 속도로 묶여 있지는 않다. 이 과정은 껍데기를 늦추면서 내부를 가속하고, 일부 질서 있는 회전 에너지를 열과 복잡한 유동으로 바꾼다. 일리노이대 물리 설명처럼 결국 액체와 껍데기는 중간 정도의 회전 속도에 가까워지지만, 그때에는 완숙 달걀보다 이미 많은 에너지를 잃은 뒤다.

날달걀이 더 자주 비틀거리거나 진동하는 것도 같은 결합 문제와 관련된다. 달걀은 완벽한 구가 아니어서 식탁과 맞닿는 지점이 움직일 때 중력과 바닥 마찰이 작은 토크를 만든다. 단단한 완숙 달걀은 질량 분포와 껍데기 방향이 고정돼 있어 비교적 예측 가능한 축 주위로 안정될 수 있다. 날달걀에서는 내부 액체의 흐름이 껍데기의 변화에 늦게 반응하고 다시 힘을 돌려주므로, 기울기와 회전 속도의 흔들림이 더 크게 나타나고 에너지 손실도 계속된다.

가장 분명한 확인법은 ‘잠깐 멈추고 놓기’다. 두 달걀을 돌린 뒤 손가락으로 껍데기를 짧게 눌러 멈췄다가 바로 뗀다. 완숙 달걀은 속과 겉이 함께 정지했으므로 그대로 있다. 날달걀은 손가락이 껍데기에 제동 토크를 가한 짧은 동안에도 내부 액체가 각운동량을 지닌 채 계속 흐른다. 손을 떼면 움직이는 액체와 껍데기 사이의 점성력이 껍데기를 다시 끌어, 달걀이 작게나마 재회전한다.

이 재시작은 각운동량이 새로 생긴 것이 아니다. 멈추는 동안 손과 식탁이 달걀 전체에 외부 토크를 주므로 전체 각운동량이 완벽히 보존되는 상황도 아니다. 다만 짧은 접촉은 껍데기를 급히 멈추기에 충분해도 내부 유체까지 완전히 제동할 만큼 길지 않다. 남아 있던 내부 회전이 다시 껍데기로 전달되는 것이다. 손가락을 오래 대어 액체까지 정지시키면 날달걀도 다시 움직이지 않는다.

완숙 달걀을 아주 빠르게 돌리면 옆으로 누운 자세에서 점차 일어나 한쪽 끝으로 도는 모습도 볼 수 있다. 익스플로라토리엄 실험 안내는 대략 초당 10회전보다 빠를 때 이 현상을 관찰할 수 있다고 설명한다. 바닥과 접촉하는 비대칭 위치의 마찰이 달걀의 기울기와 회전축을 바꾸고, 회전 에너지를 잃으면서도 질량중심을 들어 올리는 특이한 운동이다. 날달걀은 내부 손실이 커 같은 빠른 회전과 안정된 상승을 유지하기 어렵다.

그렇다고 한 번의 회전만으로 조리 상태를 완벽히 측정할 수 있는 것은 아니다. 달걀의 모양, 표면의 거칠기, 처음 준 속도와 기울기, 흰자와 노른자의 점도는 결과를 조금씩 바꾼다. 반숙 달걀은 일부가 굳고 일부가 흐르므로 두 극단 사이의 행동을 보일 수 있고, 냉장 온도도 액체의 점성에 영향을 준다. 따라서 이 방법은 날것과 완숙을 비교하는 좋은 비파괴 검사지만 정확한 익힘 시간을 재는 계기는 아니다.

실험할 때는 달걀을 깨끗하고 평평한 접시나 낮은 테두리 안에서 가볍게 돌리는 편이 안전하다. 날달걀을 너무 세게 돌려 떨어뜨리면 내용물이 튀고 식중독 위험이 있는 표면 오염을 만들 수 있다. 이 작은 주방 실험이 보여 주는 핵심은 ‘액체는 회전하지 않는다’가 아니라, 액체가 경계의 움직임을 점성으로 전달받는 데 시간이 걸린다는 사실이다. 굳히기는 달걀의 질량을 거의 바꾸지 않지만, 서로 미끄러지던 내부를 하나의 회전체로 묶어 눈에 띄게 다른 운동을 만든다.