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하늘 높이 물을 뿜는 분수를 만들어라!

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2017년 07월 12일 14:00 프린트하기

섭섭박사님은 신나는 여름방학을 맞아 할머니 댁에 놀러갔어요. 작은 화단에는 각양각색의 꽃들이 피어 있었답니다. 하지만 꽃들은 강렬한 햇빛에 시들어가고 있었어요. 섭섭박사님은 작은 분수를 만들어 꽃에게 물을 주고 싶었어요. 어떻게 하면 집에서 간단하게 분수를 만들 수 있을까요?

 

GIB 제공
GIB 제공

섭섭박사의 힌트

높이 높이 솟아오르는 분수!


분수는 기원전 2000년 경 고대 메소포타미아에서 만들어졌어요. 아주 오래 전부터 지금까지 사람들에게 마실 물을 공급하고, 도시를 아름답게 만들어 주는 역할을 했지요.


하늘 높이 솟아오르는 분수는 어떻게 작동되는 걸까요? 그 원리를 알면 우리도 직접 집에서 분수를 만들 수 있을 거예요.

 


힌트 하나. 분수의 비밀은 강한 압력!


하늘 높이 물이 뿜어져 나오는 분수의 비밀은 ‘물을 끌어 올리는 힘’이에요. 물은 지구의 중력 때문에 항상 아래로 떨어져요. 그래서 물을 솟구쳐오르게 하려면 중력을 이길 수 있는 강한 압력을 가해 줘야 하지요.


이를 위해 분수에는 전기의 힘으로 물을 끌어올리는 ‘펌프’가 달려 있어요. 펌프가 강력한 힘으로 많은 양의 물을 분수 꼭대기까지 밀어올리면, ‘노즐’의 작은 구멍을 통해 물이 뿜어져 나오지요.


공기 중으로 뿜어져 나온 물은 중력에 의해 아래로 떨어지고, 다시 펌프로 이동한답니다.

 

GIB 제공
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힌트 둘. 세포가 물을 끌어들이는 힘, 삼투압


지구상의 모든 생명체에게 물은 중요해요. 생명체는 이 중요한 물을 어떻게 얻을까요?


생물의 몸을 이루는 기본 단위인 세포는 세포막으로 둘러싸여 있어요. 세포막에는 물 분자들이 이동할 수 있는 작은 구멍들이 있지요. 그래서 세포막을 사이에 두고 양쪽에 서로 다른 농도의 물이 있으면, 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 물이 이동해요. 이를 ‘삼투 현상’이라고 하고, 여기서 생기는 압력을 ‘삼투압’이라고 해요.


삼투압은 특히 식물의 뿌리가 땅에서 물을 흡수하는 데 중요한 역할을 한답니다.

 

GIB 제공
GIB 제공

실험 방법

분수를 만들어 보자!

※ 실험할 때는 꼭 보호 장비를 착용하고, 안전에 유의하세요!

 

<어린이과학동아>의 독자들이 분수를 만들고 싶은 섭섭박사님을 위해 여러 가지 아이디어를 보내 주었어요. 블로그와 홈페이지에 올라온 다양한 방법 중 몇 개를 뽑아서 직접 실험해 보았지요. 섭섭박사님은 과연 분수를 만들어 할머니를 기쁘게 해 드릴 수 있을까요?

 


실험 방법 하나. 페트병과 풍선으로 만드는 분수!

제안 독자 : 진예은, 이윤서

 

박영경 기자 제공
박영경 기자 제공

준비물 : 1.5L 페트병, 빨대, 풍선, 송곳, 식용색소
➊ 송곳으로 페트병의 뚜껑과 옆면 아래쪽에 각각 작은 구멍을 뚫는다.
➋ 페트병에 풍선을 끼우고 풍선을 분 뒤, 아랫부분의 구멍을 손으로 막아 풍선 속 공기가 다시 빠져나가지 않게 한다.
➌ 구멍을 막고 있는 상태에서 풍선에 식용색소를 탄 물을 붓는다.
➍ 빨대를 끼운 뚜껑을 닫고 구멍을 막은 손을 뗀다.

 

 


원리

풍선 분수의 핵심은 페트병 옆면에 뚫은 작은 구멍이다. 만약 페트병에 구멍을 뚫지 않으면 풍선을 불 수 없다. 이미 페트병 안에 공기가 가득 차 있어서 더 들어갈 수 있는 공간이 없기 때문이다. 페트병에 작은 구멍을 뚫으면 페트병 안의 공기가 밖으로 빠져나갈 수 있어서 풍선이 커진다.


풍선에 물을 넣고 구멍을 막았던 손을 떼면, 외부의 공기가 구멍으로 들어가서 페트병 안을 채운다. 그 결과 공기의 압력으로 풍선이 눌리며 풍선 속의 물이 바깥으로 솟아나온다.

 


실험 방법 둘. 달걀로 만드는 분수!

제안 독자 : 이준희, 김지원, 박초롱

 

박영경 기자 제공
박영경 기자 제공

준비물 : 달걀, 컵, 2배 식초, 바늘, 랩, 식용색소
➊ 날달걀이 잠길 정도로 2배 식초를 붓고 랩으로 뚜껑을 씌워 하루 동안 둔다.
➋ 녹은 껍데기를 살살 문질러 털어 준다.
➌ 식용색소를 탄 물에 ②를 하루 동안 둔다.
➍ 부풀어 오른 달걀을 손에 쥐고 달걀 위쪽을 바늘로 찔러 물이 나오는 것을 관찰한다.

 

 


원리

달걀 껍데기의 주성분은 염기성을 띠는 ‘탄산칼슘’이다. 그래서 산성을 띠는 식초와 만나면 이산화탄소를 발생시키며 녹는다. 이렇게 염기성 물질과 산성 물질이 반응하는 것을 ‘중화반응’이라고 한다.


껍데기가 녹으면서 드러난 달걀 안쪽의 막은 물 분자 같은 아주 작은 분자만을 통과시키는 ‘반투과성 막’이다. 그래서 껍질이 녹은 달걀을 물에 하루 담가두면 달걀이 터질 듯 부풀어오른다. 이 막을 통해 바깥쪽의 물이 농도가 높은 달걀 속으로 이동하는 삼투 현상이 일어나기 때문이다. 달걀을 바늘로 찌르면 안에 가득 찬 물이 바깥으로 솟아나오는 모습을 볼 수 있다.

 


다음 실험 미션

시원한 아이스크림을 만들어라!


무더운 날씨를 아이스크림으로 달래고 싶은 섭섭박사님! 하지만 이게 웬일! 다들 여름휴가를 떠나서 동네의 모든 가게가 문을 닫아버렸네요. 실망한 섭섭박사님은 집에서 아이스크림을 만들기로 결심했답니다. 어떻게 하면 집에서 시원한 아이스크림을 만들 수 있을까요? 다양한 방법을 어린이과학동아 홈페이지(kids.dongascience.com)에 올려주세요.

 

GIB 제공
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