d라이브러리

어느날 모험이와 슬기가 잠에서 깨어보니 사방이 온통 하얀 정육각형의 방에 갇혀 있었다. 어디를 둘러봐도 출입구가 보이지 않는 도무지 이해할 수 없는 방이었다. 모험이와 슬기는 이 방에서 어떻게 나갈 수 있을지를 모색해도 뾰족한 수가 보이지 않았다.

이때 갑자기 한쪽 벽이 부풀어 오르면서 순간적으로 벽 위에서 문이 내려왔다 사라졌다. 모험이와 슬기는 문이 나타났던 벽 가까이에가서 문이 다시 열릴 것을 기대하며 기다렸다. 한참 후 다른 벽이 부풀어 오르면서 문이 나타났다. 그 뒤에도 문이 여러차례 나타났다 사라졌지만 모험이와 슬기는 어느 벽에서 나타나는지에 대한 어떤 법칙을 발견하지 못했다.

자포자기할 정도의 상황이 되자 모험이와 슬기 앞에 홀연히 도인이 등장했다. 도인은 방의 압력 변화에 해법이 있다고 얘기하고선 다음의 물건을 남고 놓고 사라져버렸다.

우선 모험이와 슬기는 이 재료로 방의 압력 변화를 확인할 수 있는 장치를 개발해야 한다. 이들은 어떻게 이들 재료로 압력변화 측정장치를 만들어낼 수 있을까.

■ 왜 그럴까?!

▶▶▶ 손으로 눌렀다가 떼면 빨대 내부에 어떤 일이 벌어질까?

손으로 페트병을 누르면 그 안의 압력이 높아진다. 그러면 빨대 아래쪽 구멍을 통해 물이 빨대 내부로 들어간다. 그 결과 빨대 속 기체가 수축한다. 투명한 빨대의 경우 그 속의 반짝이의 움직임을 통해 이를 쉽게 관찰할 수 있다. 페트병을 누르면 빨대 속으로 물이 들어가면서 반짝이가 올라간다. 손을 떼면 페트병 속 압력이 원래 상태로 돌아가면서 빨대 속으로 들어갔던 물이 다시 빠지고 반짝이는 아래로 내려온다. 빨대 내 기체가 팽창하는 셈이다.

이같은 기체의 부피 변화는 빨대의 부력에 영향을 준다. 아르키메데스의 원리에 따라 공기부피가 커질수록 부력도 커지고 부피가 작아질수록 부력도 작아진다. 누르면 부피가 작아져 빨대가 가라앉는 것이다.

▶▶▶ 빨대가 위아래로 이동하면서 회전하는 이유는?

손으로 페트병을 눌렀다가 떼는 순간 빨대는 회전을 한다. 이 동작을 빠르게 반복하면 빨대의 연속적인 회전을 볼 수 있다.

이처럼 빨대가 회전할 수 있는 까닭은 내부 압력 변화와 나사못의 회전방향으로 뚫은 구멍때문이다. 압력 변화로 나사못의 회전방향을 따라 뚫은 구멍을 통해 빨대 내부로 물이 들어가고 나온다. 물은 나사의 모양에 따라 소용돌이를 돌며 들어가거나 나오게 되고(작용), 빨대는 물의 반대방향으로 회전하는 것이다(반작용).

하지만 빨대 내부에서 분출되는 물의 양이 매우 적어 이 분출에 의한 회전력은 빨대와 물과의 부착력에 의해서 쉽게 상쇄된다. 따라서 순간적인 압력 변화가 나타날 때만 쉽게 볼 수있다. 압력의 변화를 순간적으로 그리고 연속적으로 주는 것이 회전을 쉽게 관찰하는 요령이다.

이와 같은 빨대의 회전은 로켓의 추진이나 인공위성이 위치나 방향을 조절하기 위해 추진기를 이용하는 것과 같은 원리다. 아울러 넓은 정원에 물을 뿌려주는 스프링클러에도 비슷한 원리가 이용된다.