땅위에서만 지내던 인간이 처음으로 하늘 높이 올라갔을 때 기분이 어떠했을까요? 거대해 보이던 산과 마을이 저 아래 조그맣게 몸을 틀고 있는 것을 바라보면 희열과 공포를 동시에 느끼겠지요. 인간에게 새처럼 날 수 있다는 희열을 처음으로 맛보기 해준 것은 열기구일 것입니다. 자, 그럼 원리가 간단한 열기구를 만들어 보면서 푸른 창공을 맘껏 날아볼까요?
준비물
● 포리에틸렌 봉지(촉감이 부드러운 고밀도 폴리에틸렌 봉지), 철사, 호일케이스, 에탄올, 솜
실험방법
① 열기구와 같은 모양으로 호일케이스를 폴리에틸렌 봉지와 철사로 연결한다(미세한 철사로 호일케이스 두장을 겹쳐서 연결하는 것이 좋다).
② 호일케이스에 솜을 넣고 에탄올로 흠뻑 적신다.
③ 봉지 안을 알코올 램프로 가열시켜 부풀린 다음 솜에 불을 붙인다.
자, 어때요! 우리 주위에서 흔히 볼 수 있는 것들로 열기구를 만들어 보니 더욱 재미있지요? 우리가 만든 열기구는 온도차에 따른 공기의 밀도차을 이용한 것입니다. 따뜻해진 공기는 팽창합니다. 그로 인해 밀도가 작아진 공기는 상승하게 되는 것이지요.
현재 많은 사람들이 열기구를 타고 하늘을 비행하는 낭만을 즐기고 있지요. 인간이 탔던 최초의 기구(氣球)는 1783년 프랑스의 몽골피에(Montgolfier)형제가 발명한 열기구였어요. 커다란 가죽을 이어 풍선으로 사용했지요.
열기구는 많은 양의 공기를 채울 수 있도록 커다란 기낭(氣囊)이 있고 그 밑에 매달린 바스켓으로 돼 있지요. 버너를 이용해 기낭 안의 공기를 데워주면 공기가 팽창해 일부는 빠져 나가지요. 결국 기낭 안에 있는 공기의 밀도가 감소해 기구가 위로 뜨게 되는 것이지요. 또한 버너를 끄면 공기가 식고 수축하면서 기낭안으로 들어와 전체 무게가 증가해 기구가 내려오게 되지요.
기구는 위로 뜰 때와 아래로 내려올 때 심해(深海) 잠수정과는 반대로 작용하지요. 만약 기구를 타고 에베레스트 산보다 더 높은 곳을 향해 위로 올라가는 사람이 있다면 이 사람에게 닥치게 될 가장 큰 위험은 무엇일까요?
여러가지 위험이 도사리고 있겠지만 우선 고도가 높을수록 산소가 희박해져 호흡곤란의 위험이 있겠지요. 우리가 산소통을 입에 대고 있다 하더라도 2만m 이상의 높이에서는 버틸 수 없습니다. 왜냐하면 주변의 기압이 너무 낮아 우리 몸 안에 산소를 흡수시킬 수 없기 때문이지요. 또 높이 올라갈수록 기압이 낮아지기 때문에 어느 영화의 한 장면처럼 사람이 크게 부풀어 오르면서 터져 버릴 것입니다.
여러분은 추위를 생각하겠지만 어느 정도 높이 올라가면 오히려 온도가 점차 높아집니다(오존층 영향). 사람이 높이 올라갔을 때 느낄 수 있는 최대 추위는 -60℃~-70℃가 됩니다.
자, 이번에는 사람이 1기압보다 더 큰 압력을 받고 있는 경우를 생각해 봅시다. 깊은 바다 속으로 잠수한다고 생각해 보세요. 몸 전체가 짓눌리는 압력을 받겠지요. 그리고 갑자기 상승했을 때는 잠수병에 걸리겠지요. 잠수병은 고압의 공기속에서 갑자기 저압으로 돌아왔을 때 핏속에 용해하고 있던 공기가 기포로 변해 혈행(血行)이 저하되면서 일어나는 질병입니다.
보너스 실험 잠수함이 가라앉는 장소는?
준비물
● 1, 5L플라스틱 음료수병, 지점토, 필름통
실험방법
① 플라스틱 용기의 주둥이 부분을 잘라 긴 통을 만든다.
② 위의 통의 밑바닥에 지점토를 깐다.
③ 위의 통에 물을 붓고 필름통 윗부분만이 수면 위로 드러나도록 필름통에 물을 조절하면서 넣는다.
④ 필름통을 손으로 눌러 바닥면에 붙인다.
잠시후 필름통은 어떻게 될까요? 이 경우 필름통은 물에 잠겨 부력을 받고 있으나 점토층에 밑바닥이 접착돼 있어 밑에서 위로 향하는 부력을 받지 못해 떠오르지 못합니다.
잠수함의 경우 가라앉는 장소는 평평한 진흙바닥을 피하고 반드시 울퉁불퉁한 암석면으로 정합니다. 실제로 세계대전중 잠수함 한 척이 진흙바닥에 내려앉아 뜨지 못하는 불상사를 겪었습니다. 그래서 이 잠수함을 뜨게 하기 위해 바닥을 파헤치는 작업을 했다고 합니다.
