구독상품안내
우리가 매일 마시는 공기는 어떻게 움직일까. 따뜻해진 공기의 흐름을 이용해 춤추는 종이뱀을 만들어 보자.
아라비안나이트와 같은 만화영화를 보면 마술사가 부는 피리소리에 맞춰 춤을 추는 뱀이 나온다. 신기한 장면이다. 마술사는 아니지만 우리도 종이로 만든 뱀 정도는 간단히 춤추게 할 수 있다. 지금부터 춤추는 종이뱀의 비밀을 벗겨보자.
준비물
색지, 가위, 연필, 실, 바늘, 초(또는 전기스탠드), 성냥, 컴퍼스
실험방법
① 색지 위에 지름 약 10cm정도의 원을 그린다.
② ①위에 연필로 그림과 같이 바깥쪽부터 나사 감은 모양의 선을 그린 후 선을 따라 가위로 오린다(색연필로 종이뱀의 무늬를 그려도 좋다).
③ 원의 중심에 실을 연결하고 촛불이나 전기 스탠드 위에 놓는다. 촛불을 사용할 때는 반드시 불꽃이 종이에 닿지 않도록 주의해서 조심스럽게 다룬다.
종이뱀이 춤추듯 빙글빙글 돌아가는 까닭은 무엇일까? 촛불이나 전기스탠드에 의해 따뜻해진 공기가 위로 올라가기 때문이다. 공기는 온도에 따라 부피가 늘어나거나 줄어드는데 온도가 상승하면 공기 분자의 운동이 활발해지고 분자들 사이가 멀어져 부피는 늘어나게 된다. 가열된 공기는 밀도가 작아지고 주변 공기보다 가벼워져 위로 상승하려는 성질이 있다. 즉 따뜻해진 공기는 가벼워져 위쪽으로 올라가 종이뱀의 바닥면을 치게 된다. 그러면 힘의 균형이 깨져 나선형으로 빙글빙글 돌게 된다. 밑면쪽에서는 위쪽으로 빠져나간 공기만큼의 새로운 공기가 흘러들어오고 이것이 가열되면 다시 상승해 뱀은 계속 춤을 추게 된다. 이렇게 공기가 움직이는 것을 대류현상이라 하는데, 알고보면 커다란 열기구의 원리도 춤추는 종이뱀과 같다.
보너스 실험
공기는 무겁지 않은 물질이다. 그런데 같은 공기라도 무게가 다 같은 것은 아니다. 그 차이를 직접 재보자.
준비물
긴 막대자, 실, 바늘, 똑같은 크기와 무게의 종이 봉투 2개, 접착 테이프, 연필
① 긴 막대자의 중앙을 끈으로 묶고 양 끝에는 종이 봉투를 거꾸로 매단다.
② 한쪽의 종이 봉투 아래에만 촛불이나 전기 스탠드를 놓아 봉투 속의 공기를 가열한다.
한쪽 봉투안의 공기가 데워짐에 따라 봉투는 위로 올라가고 막대자는 수평을 잃어 기울어진다. 춤추는 종이뱀에서와 마찬가지로 더운 공기가 들어있는 종이 봉투는 다른쪽 봉투보다 가벼워져 위로 올라가는 것이다. 이때 촛불을 끄고 시간이 지나면 막대자의 균형은 어떻게 될까? 원래대로 수평으로 돌아온다. 따뜻했던 봉투 속의 공기가 식게 되므로 봉투는 제자리로 돌아오는 것이다.
