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페트병 2개와 마개 2개로 미니 토네이도를 감상할 수 있는 장치를 만들어보자. 페트병 속에 어떻게 회오리바람을 담을 수 있을까.


■ 왜 그럴까?

처음에는 페트병을 뒤집어도 물이 아래쪽으로 흘러내리지 않는다. 아래쪽 페트병 속에 공기가 가득 차있기 때문이다. 그러나 위쪽 페트병을 여러번 흔들어주면 위쪽 페트병 속 물이 아래쪽 공기와 자리바꿈을 하면서 아래 페트병으로 내려온다. 즉 페트병을 흔들어 물을 회전시키면 물이 빠져나가는 주둥이에 아래 페트병에서 위로 올라오는 공기의 통로가 확보된 것이다. 그러면 물이 빠르게 아래로 빠져나가면서 흔들어준 방향으로 회전을 하는 소용돌이가 생긴다.

소용돌이는 공기나 물과 같은 유체(흐를 수 있는 성질을 갖는 물질)가 흐를 때 생기는 현상으로 다른 말로 와류라고도 한다. 유체가 빠르게 흐르면 그 흐름과 주위의 마찰에 의해 소용돌이가 생기며, 반대로 흐름이 방해받을 때도 발생한다. 실제로 우리 주변에서 볼 수 있는 소용돌이 현상인 토네이도는 지표면의 공기가 강력한 상승기류로 인해 매우 빠른 속력로 상승하면서 거대한 소용돌이가 만들어지는 것이다.

이 실험은 실제 토네이도와 달리 공기 대신 물이 구멍을 통해 빠르게 아래 페트병으로 빠져나가면서 소용돌이가 만들어지는 현상을 만들어본 것이다.


■ 토네이도(용오름)란

미국의 중남부에서 자주 일어나는 맹렬한 회오리바람으로 평균 지름이 2백m 정도지만, 수-수백m로 다양하다. 우리나라에서는 용이 하늘로 올라가는 것 같다고 해서 용오름이라고 부른다. 지난해 여름에 우리나라에서 5차례 발생했다. 여름철에 주로 토네이도가 발생하는 까닭은 지표면 가까이의 대기가 고온습윤하고 상층대기가 한랭건조한 조건이 형성되기 때문이다. 하층의 따뜻한 공기가 부력에 의해 급상승함으로써 토네이도의 모체가 되는 적란운(소나기구름)이 발생한다.이때 지표면 가까이 공기가 마치 청소기에 빨려드는 것처럼 적란운 안으로 빨려든다. 그런데 상층과 하층의 바람 세기나 방향이 다르면 적란운 밑에 강력한 공기의 회전현상이 일어난다. 바로 이것이 토네이도가 되는 것이다.

토네이도는 공기가 급속히 회전하면서 진행 방향 주변에 있는 지형 지물을 빨아들이기 때문에 엄청난 피해를 입힌다. 1931년 미국의 미네소타 주에서 발생한 토네이도의 경우, 1백17명을 실은 83t의 객차를 감아올릴 정도였다.