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탄산음료와 생수의 페트병은 밑바닥이 왜 다를까?

 

집에서 밥때가 되어 냉장고를 열어보니 먹을게 없는 경우가 있죠. 끼니를 해결하기 위해 집근처 마트로 향하고 마트에서 끼니를 해결할만한 여러가지 재료들을 사기 시작합니다. 이때 빠지지 않고 사야하는 것이 바로 음료수입니다. 커피, 사이다, 콜라 등 기호에 맞게 그리고 그날의 기분에 따라 원하는 음료수를 골라보는데 생수병과 음료수의 PET병을 유심히 살펴보니 밑바닥 부분이 틀리게 생겼습니다. 음료수의 PET병의 바닥은 움푹하게 들어간 반면 생수병은 그렇지 않죠. 여기서 의문이 듭니다. '맛과 종류가 다르다고 PET병까지 달라야 될까?' '왜 음료수의 PET병은 다르게 생겼을까?"

 

 

▶생수병과 탄산음료 병은 얼핏 보면 비슷하게 생겼습니다. 이는 둘 다 바닥부터 뚜껑이 있는 부분까지 둥그스름하기 때문인데 페트병이 이렇게 둥글게 생긴 이유는 둥근 것이 압력을 잘 견뎌내기 때문입니다. 이는 압력의 공식에서 바로 확인이 가능한 부분인데 압력은 단위 면적당 받는 힘으로서 수식으로는 (P=F/A)로 나타낼 수 있습니다. 즉 면적(A)이 넓을수록 압력(P)은 감소하게 되는 것이죠.

<출처: https://bit.ly/2LFm8ke>

납작한 사각형의 형태보다는 둥근 형태가 면적이 넓기 때문에 압력을 더 적게 받게 되고 페트병 안 특히 탄산음료 페트병 안에는 높은 내부 압력의 원인이 되는 탄산가스가 있는데 이를 견디기 위해 페트병 바닥을 둥글게 만드는 것입니다. 

 

▶비슷하게 생겼다고 하지만 세세한 부분에서는 또 차이가 납니다. 생수병과 콜라병을 자세히 살펴 보면 같은 용량일 경우 생수병이 더 두께가 더 얇은 것을 알 수 있습니다. 또한 페트병의 밑 부분 역시 다르게 생긴 부분이 있는데 생수병은 밑바닥이 편평한데 반해 콜라병은 밑바닥 둘레로 대여섯 개의 지지대가 있는 꽃 모양의 굴곡이 있는 것을 알 수 있죠. 

<출처: 중앙일보 유튜브>

 

▶사실 PET 병은 안에 어떤 내용물을 담느냐에 따라 내열병, 내압병, 내열압병, 상압병, 이렇게 4가지로 나뉩니다. 콜라나 사이다 같은 탄산음료들의 경우에는 내압병에 담는데 이는 페트병 외부의 온도가 상승하였을 때, 탄산가스는 압력이 증가하여 부피를 팽창시키기 때문입니다.  

<출처: ZUM 학습백과(http://study.zum.com/book/15097)>

쉬운 이해를 위해 예를 들어보도록 하겠습니다. 만약 콜라를 생수병에 넣고 내부와 외부의 온도차가 크게 차이가 난다고 가정하면 페트병 안에서 탄산가스로 인해 내부압력이 커지게 될 것이고 압력이 커지면 바닥에 가해지는 힘이 커져(그림의 공식 참고) 페트병 바닥을 부풀게 만들게 되며 이로 인해 페트병은 제대로 서있지 못하게 됩니다. 이를 본 소비자들은 당연히 제품에 문제가 있다고 판단할 것이고 그러면 매출이 하락할 수 있기 때문에 문제를 해결해야만 하는 것이죠.

 

 

<바닥이 부풀어 기울어진 페트병>

그 해결책이 바로 내압병인데 이 내압병은 유선형 몸체에 꽃잎 모양 바닥으로 디자인되어 있어 내부의 압력에 잘 견디도록 되어 있습니다. 즉, 이 디자인이 페트병 바닥을 부풀리지 않고 일정한 형태를 유지할 수 있게 해주는 것이죠. 생수병은 이런 문제가 없기 때문에 두 페트병은 다르게 생길 수 밖에 없는 것입니다.