d라이브러리

섭섭박사님이 집에서 댄스파티를 열었는데, 코로나19 때문에 사람들이 모이지 못했어요. 쓸쓸히 혼자 밥을 먹으려던 섭섭박사는 갑자기 부엌으로 뛰어가 서랍을 열었지요. 무언가 찾기 시작한 섭섭박사님은 무슨 생각이 난 걸까요?

도전
실험

덩실덩실~, 건포도를 춤추게 만들어라!

섭섭박사는 건포도를 춤추게 만드는 실험이 떠올랐다며 부엌으로 달려와 식초와 베이킹소다를 꺼냈어요. 이걸로 건포도를 춤추게 만들 수 있을까요?

왜 
이런 일이?

->; 결과 : 건포도가 위아래로 움직이며 춤을 춘다.

베이킹소다는 ‘탄산수소나트륨’으로, 식초는 ‘아세트산’으로 이뤄져 있어요. 베이킹소다와 식초를 섞으면 탄산수소나트륨의 수소와 아세트산의 탄소, 수소, 산소가 반응해 물과 이산화탄소 기체가 발생하죠. 

콜라와 같은 탄산음료에서 보글보글 올라오는 공기 방울이 바로 콜라에 녹아 있던 이산화탄소 기체입니다. 베이킹소다와 식초가 반응해 생긴 이산화탄소 기체 방울은 물보다 가벼워 액체 표면으로 올라옵니다. 이때 바닥에 있던 건포도가 이산화탄소 기체 방울과 함께 떠올라요. 이산화탄소 기체 방울이 공기 중으로 나가면 건포도는 다시 바닥으로 떨어지지요. 이런 현상이 반복되어 건포도가 컵의 위아래를 왔다갔다하면 춤을 추는 모습처럼 보이게 된답니다.

한걸음 
더!

샴푸 속 공기 방울의 점프!

샴푸 통의 뚜껑이 아래를 향하게 샴푸 통을 뒤집으면 샴푸 액체 안에서 공기 방울이 생겨요. 이 공기 방울은 올라가다가 점프를 한답니다!

샴푸 통을 뒤집으면 샴푸 통 안에 있던 공기가 방울이 되어 샴푸액을 통과하며 위로 올라와요. 이때 공기 방울이 상승하는 속도는 일정하지 않고 갑자기 빨라져요. 처음 속도에 비해 최대 10배까지 빨라지죠. 2월 4일 오스트리아 그라츠공과대학교 유체역학및열전달연구소 귄터 브렌 교수팀은 샴푸처럼 끈끈한 액체에서 공기 방울의 속도가 왜 갑자기 빨라지는지에 관한 연구를 발표했어요. 

연구팀은 컴퓨터 모의실험을 통해 공기 방울과 주변 액체 사이에 어떤 일이 벌어지는지 확인했어요. 샴푸처럼 액체와 고체의 성질을 모두 가진 끈끈한 액체를 ‘점탄성 액체’라고 해요. 모의실험 결과, ‘점탄성 액체’에 공기 방울이 생겨 올라오면, 공기 방울에 밀려난 액체 분자들이 뭉쳐서 공기 방울을 둘러싸는 고리 여러 개가 생긴다는 것을 알아냈어요. 고리 부분은 액체의 다른 부분보다 더 끈끈한 성질을 띠었죠.

모의실험 후 연구팀은 점탄성 액체에서 공기 방울이 올라가는 모습을 직접 관찰했어요. 공기 방울 주변에 생긴 고리는 방울이 사라지고 난 뒤, 원래 자리로 돌아가려고 했어요. 이때, 고리가 방울의 중심보다 위쪽에 있으면 아무런 영향을 주지 않았어요. 고리가 공기 방울의 중심보다 아래쪽에 있으면 고리가 좁혀지면서 방울을 밀어 올려버렸지요. 그 결과 점탄성 액체에서 공기 방울은 갑자기 튀어 오르듯이 빠르게 올라갔답니다.

도전! 섭섭박사
실험왕!

실험 
하나 더!

양초를 춤추게 만들어라!

두 번째 주인공은 양초입니다! 섭섭박사님은 불만 붙이면 양초를 춤추게 만들 수 있다고 말했어요. 그게 가능할까요?

왜 
이런 일이?

->; 결과 : 양초가 시소처럼 흔들린다!

양초는 심지와 파라핀으로 이루어져 있어요. 이중 파라핀은 석유에서 얻는 물질로 크레용에도 사용돼요. 양초의 심지에 불을 붙이면 주변의 파라핀이 녹으면서 촛농이 떨어져 양초의 무게가 가벼워집니다. 두 개의 양초를 연결해서 시소를 만들면, 시소는 더 무거운 쪽이 중력에 의해 내려가며 기울어져요.
두 개의 양초 중 하나에 불을 먼저 붙이면, 불을 붙인 쪽에서 먼저 촛농이 접시에 떨어지며 무게가 가벼워져요. 따라서 불을 먼저 붙인 양초는 위로 올라가며 시소가 기울어지죠. 내려간 양초는 불꽃의 위치를 기준으로 심지가 아래쪽으로 기울어지고 촛농을 떨궈 무게가 가벼워지면서 시소는 다시 반대로 기울어지죠. 이러한 움직임이 반복되며 양초 시소는 계속해서 움직인답니다. 반면 불을 완벽하게 동시에 붙이면 두 양초에서 촛농이 떨어지는 시점에 차이가 없어서 시소가 움직이지 않을 거예요.