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[도전! 섭섭박사 실험실] 요구르트 병 로켓을 발사하라!



무더운 날씨가 이어지는 여름날, 섭섭박사님은 답답한 실험실을 벗어나 마당으로 나왔어요. 그리고는 커다란 나무 그늘에 돗자리를 펴고 가장 좋아하는 음료수인 요구르트를 마시기 시작했죠. 벌컥벌컥 마시다 보니 어느새 일곱 개째!

불룩한 배를 두드리며 다 마신 요구르트 병을 가만히 들여다보던 섭섭박사님이 돌연 벌떡 일어나 외쳤어요!

“이번 실험은 요구르트 병 로켓이다!”






로켓은 인공위성 같은 관측 장비를 우주로 운반하는 비행체를 말해요. 이런 로켓은 비행할 때 ‘작용 반작용의 법칙’을 활용하지요. 작용 반작용의 법칙은 A물체가 B물체에 힘을 가하면, B물체 역시 A물체에 똑같은 힘을 반대 방향으로 가한다는 운동법칙이에요. 총을 쏘면 몸이 총알과 반대방향으로 밀리는 현상이 그 예지요.

로켓은 연료를 태워서 생기는 고온 고압의 가스를 분출시키고, 그 반작용으로 위로 떠오르며 비행한답니다.
 



실제 로켓에는 액체수소나 알루미늄 분말과 같은 고체 연료 등 다양한 연료가 쓰여요. 하지만 요구르트 병 로켓에는 이런 연료를 쓸 수 없기 때문에 연료를 대체할 다른 재료를 찾아야 하지요.

요구르트 병 로켓이 작용 반작용의 법칙을 활용해 하늘로 비행하기 위해서는 땅으로 무언가를 내뿜어야 해요. 예를 들어 빠르게 아래로 내려오는 공기나 물의 압력을 이용하면 어떨까요? 아래 사진처럼 그 반작용으로 요구르트 병 로켓이 날아오를 수 있겠죠?
 







원리

발포정은 비타민과 같은 약물에 탄산수소나트륨을 섞어서 만든 것이다. 발포정을 물에 넣으면 거품이 보글보글 생기는데, 거품 속 기체가 바로 이산화탄소다. 이렇게 발포정을 녹인 물을 마시면  탄산음료를 마시는 기분이 든다. 그래서 발포정으로 약을 만들면 먹기가 편하다. 물이 들어 있는 요구르트 병 로켓에 발포정을 넣으면 이산화탄소와 함께 섞인 물이 좁은 구멍을 통해 바깥으로 배출된다. 그 반작용으로 요구르트 병 로켓은 위로 솟구친다.





원리

요구르트 병 안에 공기를 계속 주입하면 공기의 양이 점점 많아지고 병 안의 압력이 올라간다. 압력이 높아진 공기는 지우개 뚜껑을 서서히 밀어내고, 뚜껑이 빠지는 순간 요구르트 병이 위로 밀리면서 발사된다.



페트병으로 만드는 물로켓처럼 요구르트 병 안에도 물을 넣으면 실험 결과가 어떻게 달라질까?

비교 실험을 위해 요구르트 병 안에 물을 절반 가량 채우고 위 실험과 같은 방법으로 공기펌프로 공기를 주입했다. 그 결과, 물을 넣지 않았을 때보다 요구르트 병이 더 높이 솟아올랐다. 공기보다 무거운 물이 아래로 빠져나오면서 더 큰 반작용이 일어나기 때문이다.

하지만 물을 너무 많이 넣으면 공기가 들어갈 수 있는 공간이 줄어들어 로켓이 솟아오르는 데 방해가 된다.
 





낙하산은 사람이나 물건을 공중에서 땅으로 안전하게 내리도록 하는 물건이에요. 낙하산은 우산처럼 넓
고 둥그스름하게 생겼는데, 그 이유는 공기저항을 잘 받도록 하기 위해서지요.

공기 속에서 움직이는 모든 물체는 공기에 부딪혀 움직임에 방해가 되는 힘을 받아요. 이것을 ‘공기저항’
이라고 해요. 공중에서 떨어지는 물건의 속도가 어느 정도 빨라지다가 더 이상 빨라지지 않는 이유도 바
로 공기저항 때문이지요. 공기저항은 물체의 속력과 면적에 비례해요. 즉, 면적이 넓은 낙하산을 펼치면
땅으로 떨어지려는 힘에 반대되는 공기저항이 커져서 떨어지는 속도가 느려진답니다. 실제 실험에서도
낙하산이 없을 때보다 낙하산을 달았을 때 더 천천히 안정적으로 땅에 착지했어요.

요구르트 병 로켓 실험을 비롯해 실험하는 모습을 <어린이과학동아> 홈페이지에 올려 주세요. 사진이 실리는 기회와 함께 선물을 드려요. 많이 참여해 주세요~.

글 : 이혜림 어린이과학동아 pungnibi@donga.com
사진 : 김은영 기자, 게티이미지뱅크
이미지 출처 : 김은영 기자, 게티이미지뱅크, NASA, dubaiwikia

어린이과학동아 2016년 12호
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