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뜨거운 물과 차가운 물이 각각 담긴 두개의 유리컵을 서로 맞붙여 세워본다. 온도가 서로 다른 물이 잘 섞일까. 풍선을 이용해서 유리컵 하나로 다른 유리컵 하나를 거뜬히 들어올릴 수 있다.

유리컵 탑 쌓기

■ 왜 그럴까?!

물질의 온도가 올라가면 분자운동이 활발해져서 부피가 늘어나고 이에 따라 밀도(단위 부피당 질량)는 작아진다. 유체(흐를 수 있는 물질, 물이나 공기 등이 이에 해당함)의 경우, 부분적으로 밀도 차이가 있으면 밀도가 작은 쪽은 위로, 큰 쪽은 아래쪽으로 움직이는 대류현상이 일어난다.

그러나 뜨거운 물이 위쪽에 있으면 밀도가 작은 쪽이 이미 위쪽에 있는 매우 안정한 상태이므로 대류가 잘 일어나지 않는다. 그래서 위쪽은 빨간색, 아래쪽은 파란색을 오랫동안 유지한다. 그러나 반대로 찬물이 위쪽에, 뜨거운 물이 아래쪽에 있으면 곧바로 대류가 일어나 위아래 물은 섞여버려 보라빛 물로 변한다. 실제로 바닷물의 흐름 중에는 바닷물의 온도 차이에 의한 해류가 있는데, 이를 밀도류라고 한다.

힘센 풍선

■ 왜 그럴까?!

뜨거웠던 유리컵을 찬물에 식히면 유리컵 속 공기 부피가 줄어들면서 압력이 작아진다. 따라서 풍선 바깥쪽의 대기압에 비해 유리컵 안쪽의 압력이 작아지게 된다. 때문에 풍선은 유리컵 안으로 밀려들어가게 된다. 풍선은 유리컵 입구에 밀착된 상태로 달라붙기 때문에 유리컵을 들어올리면 아래쪽의 컵까지 함께 들어올릴 수 있다.