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변덕쟁이 고무풍선

풍선을 뺨에 대고 불었다가 바람을 빼보자.바람을 넣을 때는 따듯하고,바람이 빠질 때는 시원하다.

왜그럴까?

기체가 압축되면 온도가 올라가고, 팽창하면 온도가 내려간다. 풍선을 분다는 것은 압축된 공기가 안으로 들어가는 것으로 외부에서 에너지가 들어가고 있다는 것이다. 따라서 온도는 올라가서 따뜻하게 느껴진다. 자전거 타이어에 바람을 넣을 때, 펌프의 금속 부분이 뜨거워지는 것도 같은 현상이다.

반대로 풍선의 바람이 빠지는 경우는 안의 공기가 힘있게 밖으로 나가는 것이다. 이때 공기의 운동 에너지로 열을 빼앗겨 온도는 내려가고 시원하게 느껴진다. 실제로는 따뜻해진 풍선이 식는 데 시간이 걸리기 때문에 풍선의 바람이 거의 다 빠져나갈 때쯤에서야 시원함을 느낄 수 있다.

입을 크게 벌리고 바람을 부는 경우는 입김이 따뜻하지만, 오므리고 불면 차가운 바람이 나오는 것도 같은 이유이다. 이러한 현상은 기체의 상태 방정식을 통해 정리되는데, 핵심은 압력과 부피의 곱이 온도에 비례한다는 것이다.

공기대포

튼튼한 종이상자에 구멍을 뚫어 연기를 채워보자.수m 떨어진 촛불을 끌 수도 있다.

왜그럴까?

상자를 두드리면 상자의 부피가 순간적으로 줄어들면서, 공기가 밀려나온다. 안에 연기가 가득 차있기 때문에 밀려나오는 공기는 도넛 모양의 연기가 돼 빠른 속도로 전진한다. 이때 만들어진 빠른 기체의 흐름이 초의 불꽃과 부딪혀 촛불이 꺼지는 것이다.

상자 안에 향을 계속 피워두면 오랫동안 실험을 할 수 있다. 컵 같은 곳에 향을 여러개 넣은 뒤 상자 안에 넣어두면 된다. 구멍의 위치와 촛불의 키를 잘 맞추면 5m 정도의 거리에 있는 촛불도 쉽게 꺼뜨릴 수 있다. 친구들과 함께 양초 여러개를 나란히 세운 뒤 누구 불이 꺼지는지를 겨뤄보는 것도 재미있다.