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섭섭박사님은 봄을 맞아 경치 좋은 섬으로 여행을 떠났어요. 그런데 섬으로 가는 배를 타기 위해 선착장에 갔더니 승선권이 벌써 다 매진됐다는 거예요! 하지만 포기를 모르는 섭섭박사님은 배를 직접 만들어 섬으로 가기로 했지요.
모터도 없는 상황에서 어떻게 항해하는 배를 만들 수 있을까요?
모터도 없는 상황에서 어떻게 항해하는 배를 만들 수 있을까요?
힌트 하나. 배를 띄우는 물의 힘, 부력!
지구상의 모든 물체는 아래로 당겨지는 힘인 중력을 받아요. 그런데 물체를 물속에 넣으면 또 다른 힘이 발생해요. 바로 물체를 뜨게 하는 힘, ‘부력’이랍니다.
만약 부력이 중력과 같거나 크면(부력≥중력) 물체는 물 위에 뜨게 되고, 중력보다 작으면(부력<;중력) 물속으로 가라앉게 돼요. 부력은 물체가 물속에 잠긴 부피가 늘어날 때 커진답니다. 그래서 배가 물 위에 뜨기 위해서는 배의 무게(중력)는 줄이면서, 배를 크게 만들어 부력을 많이 받게 해야 하죠.
힌트 둘. 물을 밀어내고 앞으로 가는 힘, 추력!
배가 앞으로 가기 위해선 물을 배 뒤쪽으로 밀어내야 해요. 배가 물을 밀어내면, 물도 똑같은 힘으로 배를 밀어내기 때문에 배가 앞으로 갈 수 있죠. 이 힘을 ‘추력’이라고 해요.
현재 가장 많이 사용되고 있는 추진 장치는 스크루(나선형) 프로펠러예요. 3~5개의 날개를 가진 프로펠러가 회전하면 날개의 나선면이 물을 밀어내고, 그 반동으로 배가 앞으로 가지요. 스크루 프로펠러는 다른 장치보다 추진효율이 더 높고, 구조가 간단해서 대부분의 배에서 사용되고 있답니다.
실험 방법 하나. 촛불로 달리는 배
이 배가 움직이는 비밀은 음료수 캔 안의 기체에 있다. 양초로 음료수 캔이 달궈지면 그 안의 물이 끓어서 수증기가 된다. 계속 가열하면 수증기 분자들은 더 활발하게 움직이고, 그 결과 기체의 부피가 커지게 된다. 부피가 커진 기체가 빨대를 통해 나오면서 물을 밀어내 결국 배가 앞으로 나아가게 된다.음료수 캔의 재료인 알루미늄은 열을 잘 전달하는 금속 중 하나다. 뜨거운 부분에서 차가운 부분으로 열을 전달하는 능력을 ‘열전도율’이라 하는데, 금속 중 금, 은, 구리, 알루미늄은 열전도율이 높다. 특히 구리와 알루미늄은 가격도 저렴해서 보일러나 에어컨 등 열을 전달하는 냉난방 장치에 많이 사용된다
실험 방법 둘. 고무줄로 스크루 프로펠러를 돌려라!
배에 가장 많이 사용되는 추진 장치인 스크루 프로펠러는 회전축(고무줄)과 연결된 허브(페트병 뚜껑)에 날개들이 붙어 있는 형태다. 회전축이 회전하면 비틀어진 날개들이 물을 앞에서 뒤로 밀어내고, 그 결과 배가 앞으로 가게 된다.배가 앞으로 가기 위해 프로펠러가 시계방향으로 회전을 해야 하는지 반시계방향으로 회전해야 하는지는 날개의 뒤틀린 모양에 따라 다르다. 대부분의 배는 프로펠러가 시계방향으로 회전할 때 앞으로 가도록 날개가 비틀어져 있다. 만약 이 프로펠러가 반시계방향으로 회전하면 배는 거꾸로 가게 된다.
