날씨가 더워지자 더위를 많이 타는 섭섭박사님은 아이스크림을 날마다 빼놓지 않고 먹었어요. 그러다 매일 매일 먹고 남은 아이스크림 막대를 모아서 할 수 있는 재미있는 실험이 떠올랐지요. 바로 화약 없이도 탄성력으로 팡팡 터지는 스틱 폭탄 만들기였어요!
알아보자! 탄성과 가소성이란?
우리 주변의 거의 모든 물체는 ‘탄성’을 가지고 있어요. 탄성은 물체에 힘을 주어 모양이 바뀐 물체가 다시 원래의 모양으로 돌아가려는 성질을 말해요. 고무줄을 잡아당겨 늘렸다가 손을 놓으면 이전 짧은 상태로 되돌아가는 것도 고무줄이 탄성을 가졌기 때문이에요.
탄성은 우리의 피부에도 있어요. 엎드려 자고 일어나면 가끔 얼굴에 눌린 자국이 생겨요. 하지만 자국이 평생 남지 않는 이유는 원래의 모습으로 돌아가려는 피부의 탄성 덕분이지요. 시간이 지나면 눌린 자국은 자연스레 사라져요. 반대로 힘이 없어져도 원래의 상태로 되돌아가지 못하는 경우도 있어요. 힘을 받아 형태가 변한 물체가 원래의 모습으로 돌아가지 않는 성질을 ‘가소성’이라고 하지요. 하지만 가소성이 나쁜 것은 아니에요. 가소성을 이용하면 물체를 내가 원하는 모양으로 만든 뒤 그 모양을 오랫동안 유지할 수 있거든요. 금속판을 세게 구부리거나 두들겨 쉽게 변형되지 않는 튼튼한 자동차를 만드는 것을 그 예로 들 수 있답니다.
미션1. 탄성력을 배워보자
스틱 폭탄은 평범한 나무 막대기를 서로 엮어 이어주면 만들 수 있어요. 이때 막대가 서로 겹쳐지고 구부러지며 원래의 모양으로 되돌아가려는 힘이 나무 막대에 가해지지요. 그래서 막대기를 교차할 때 손으로 잘 잡아줘야 해요. 하나의 막대를 놓치기라도 하면 나머지 막대들이 도미노처럼 차례로 튀어 오르거든요. 마치 폭탄처럼 말이에요!
이때 구부러진 막대에 가해지는 힘의 크기는 원래 상태에서 변화된 길이 정도와 비례해요. 예를 들어 나무 막대를 1cm 구부릴 때보다 2cm 구부릴 때 탄성력은 2배가 되지요. 또한, 탄성력은 늘어났다 제자리로 되돌아가려는 힘이기 때문에 물체를 변형시키기 위해 내가 가한 힘과 반대 방향으로 생겨요. 이렇게 물체가 변형된 양이 힘의 크기에 비례한다는 법칙을 ‘훅의 법칙’이라 부른답니다.
미션2. 탄성은 무한할까?
외부의 힘을 받아 변형된 물체에 일정 크기 이상의 큰 힘을 주면 원래 모양으로 되돌아오지 못해요. 이렇게 더 이상 원래 모양으로 되돌 아오지 못하는 힘의 한계를 ‘탄성 한계’라고 하지요. 풍선을 너무 크게 불면 터지는 것도 마찬가지의 이유예요. 섭섭박사님은 “나무 막대를 너무 세게 구부리면 탄성 한계를 넘어 막대기가 부러질 수 있다”며 조심히 다룰 것을 당부했지요. 모든 물체는 각각 다른 탄성 한계를 가져요. 그래서 고무줄과 종이에 같은 크기의 힘을 가하더라도 고무줄은 이전 모습으로 금방 돌아오지만, 종이는 찢어져 원래의 모습으로 되돌아오지 못할 수 있는 거랍니다.
최대 규모의 스틱 폭탄은 기네스 기록을 가지고 있어요. 세계에서 가장 긴 스틱 폭탄은 6만 8480개의 나무 스틱을 엮어 만든 것이에요. 지난 2017년 6월 6일, 미국 매사추세츠주의 네이틱 고등학교 학생들이 힘을 모아 세운 기록이지요.
이날 메이커 스쿨에 참여한 기자단 친구들도 힘을 모아 스틱 폭탄을 만들었어요. 처음에는 나무 막대를 교차하는 방법이 조금 헷갈렸지만, 집중해서 약 300개의 나무 스틱을 엮어 스틱 폭탄을 완성했지요. 그리고 막대가 튀어오르지 않도록 누르고 있던 손을 치우는 순간 사방으로 나무 막대기들이 도미노처럼 연달아 튀어올랐어요.
“우와! 터졌어요!”
섭섭박사님과 함께 스틱 폭탄을 직접 만들어 본 박언빈 기자는 “나무 막대기가 빠른 속도로 터지는 모습을 보니 정말 짜릿했고, 간단한 나무 막대기가 이렇게 재밌는 놀이감이 되는 것이 너무 신기했다”고 말했답니다
