주메뉴바로가기.. 본문바로가기

[도전! 섭섭박사 실험실] 가득 채우면 물이 사라지는 마법의 잔

카카오스토리 네이버밴드 구글플러스

2018년 11월 21일 10:00 프린트하기

 

엣헴~! 나는 섭섭박사의 할아버지의 할아버지인 섭섭섭섭박사입니다. 이 할애비가 재미있는 이야기를 하나 들려드리죠. 옛날 옛적에, 물을 넘치게 따르면 물이 사라지는 마법의 잔이 있었답니다. 한 번 직접 만들어 보시겠습니까?

 

● 도전! 실험

 

마법의 잔, 계영배 만들기!

 

① 컵 바닥에 송곳으로 구멍을 뚫고, 빨대가 들어갈 수 있도록 연필로 넓혀준다.

② 주름 빨대의 짧은 부분을 더 짧게 자르고, 테이프를 이용하여 U자 모양으로 붙인다.
③ U자가 컵 안으로 들어가도록 구멍에 빨대를 꽂는다. U의 짧은 부분이 컵의 밑바닥에 닿을 만큼 깊게 꽂은 후 바깥으로 튀어나온 빨대의 긴 부분을 조금 남기고 잘라낸다.
④ 물이 새지 않도록 고무찰흙으로 구멍과 빨대 사이의 빈틈을 막는다.
⑤ 완성! 컵에 물을 천천히 부어 보자.

 

 

● 어떻게 된 걸까?

 

→ 결과 : 빨대보다 물을 높게 따르면 물이 컵 아래로 새버린다!

 

컵에 물을 따르면, 어느 순간 갑자기 물이 바닥으로 흘러내려요! 정확히는 컵 중간에 꽂혀 있는 빨대가 모두 물에 잠기는 순간 물이 빠지기 시작하죠. 빨대가 모두 잠기도록 물을 부으면, 물은 빨대의 짧은 쪽으로 차오르다가 긴 빨대 쪽으로 넘어가요. 긴 쪽으로 넘어간 물은 중력 때문에 컵 밑의 구멍을 통해 바닥으로 쏟아지게 된답니다.

 

그런데, 물 분자는 서로를 끌어당기는 응집력을 가지고 있어요. 그래서 바닥으로 쏟아지는 물은 짧은 쪽을 통해 계속 물을 끌어당겨 컵에 있는 물을 바닥으로 떨어지게 만들어요. 이 현상은 잔 속의 물이 줄어들어 수면이 짧은 빨대의 입구로 내려갈 때까지 계속 일어난답니다.

 

 

● 왜 그럴까? 

 

욕심쟁이를 혼내는 잔, 계영배의 비밀!

 

① 조선 시대에 쓰인 계영배의 모습. 기둥이 있는 잔 아래로 흘러내리는 술을 담을 수 있는 받침이 마련되어 있다.

② 계영배의 X선 단층 촬영 사진. 잔 중간의 기둥 내부에 ∩자 형태의 통로가 보인다.
③ 계영배에서 액체가 빠져나가는 과정.

 

 

강원도 화천 지방에 전해오는 설화에 따르면, 도공인 우명옥은 왕에게 그릇을 진상할 정도로 훌륭한 실력을 갖추고 있었어요. 그러나 유명해진 그는 자만하여 방탕한 생활을 하였고, 결국 전 재산을 날렸어요. 뒤늦게 정신을 차린 우명옥은 반성하는 의미에서 가득 채우면 저절로 술이 없어지는 잔을 만들었다고 해요. ‘경계할 계(戒)’에 ‘찰 영(盈)’자를 써서, ‘가득 참을 경계하는 잔’이란 뜻의 ‘계영배’라는 이름을 붙였죠.

 

사실 계영배를 처음 만든 사람은 우명옥이 아니에요. 고대의 중국과 그리스에도 비슷한 물건이 있었죠. 고대 그리스에서는 이를 ‘피타고라스의 컵’이라 불렀답니다. 이 잔은 중간에 조그만 구멍이 뚫린 기둥이 있고, 바닥에는 구멍이 뚫린 구조로 만들어졌어요. 기둥 안에는 ∩자 형태로 구부러져 잔의 바닥에 뚫린 구멍으로 이어지는 관이 숨겨져 있어요. 우리가 빨대로 만든 잔과 같은 구조인 셈이에요.

 

계영배에 담긴 액체가 계속 바닥으로 흘러내리는 이유는 ‘사이펀의 원리’ 때문이에요. 앞에서 설명한 것처럼, 액체 분자가 서로를 끌어당기는 힘이 잔에 담긴 액체를 계속 흘러내리게 하는 거지요. 사실, 사람들은 오랫동안 계영배의 관 안과 밖의 압력 차이에 비밀이 숨겨져 있다고 생각했어요. 액체가 낮은 곳으로 흐르면, 관 안쪽의 압력이 대기압보다 낮아져서 액체가 흐를 수 있다고 생각한 거지요.

 

그런데 20세기 초, 과학자들은 대기압의 영향이 미치지 않는 진공 상태에서도 사이펀의 원리가 작동한다는 사실을 발견했어요! 그래서 현재 과학자들은 사이펀의 원리에 대기압과 응집력 두 가지가 함께 영향을 미치는 것으로 생각한답니다.

 

 

● 실험 하나 더! 

 

사이펀의 원리를 이용한 물 옮기기!

 

① 주름 빨대 한 개의 끝을 가위로 3번 정도 잘라 틈을 낸 다음, 다른 빨대에 끼운다.

② 두 빨대를 연결한 부분으로 공기가 들어오지 않도록 고무찰흙으로 잘 막아준다.

③높은 곳에 있는 컵에 물을 채우고 빨대의 한쪽을 담근다. 반대쪽에서 입으로 물을 살짝 빨아들여 빨대를 물로 채운 후 낮은 곳에 있는 컵에 놓아 보자.

 

 

 

 

● 어떻게 된 걸까?

 

→ 결과 : 높은 컵에 있는 물이 아래로 흐른다!

 

높은 곳에 담긴 액체를 쉽게 옮기는 방법은 무엇일까요? 사이펀을 쓰면 된답니다. 사이펀은 높은 곳에 있는 액체를 낮은 곳으로 옮기는 기구예요. 기원전 1500년 전의 이집트인들도 사용했을 정도로 오래되었죠. 호스나 빨대 같은 관의 한쪽을 액체에 담그고 관을 액체로 가득 채워요. 그리고 반대쪽을 액체를 담고 싶은 낮은 쪽에 두면 액체가 관을 따라 저절로 흐른답니다.

SouthHamsian(W) 제공

 

사이펀의 원리는 수족관의 물을 갈 때, 주유소에서 기름을 옮길 때 이용돼요. 그뿐만 아니라 변기에서 냄새가 올라오지 않게 하는 데도 사용하지요. 집에서 변기의 밑 부분을 확인해 보세요.

 

변기의 밑에는 S자로 굽은 부분이 있어요. 평소에는 물이 고여 있어 하수도에서 올라오는 냄새를 막아주죠. 변기의 레버를 내리면 사이펀의 원리로 오물을 쉽게 흘려보낼 수 있답니다.

 

 

관련 기사 : 어린이과학동아 22호(2018. 11. 15 발행) [도전! 섭섭박사 실험실] 가득 채우면 물이 사라지는 마법의 잔을 만들어라!

카카오스토리 네이버밴드 구글플러스

2018년 11월 21일 10:00 프린트하기

 

혼자보기 아까운 기사
친구들에게 공유해 보세요

네이버밴드 구글플러스

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

14 + 7 = 새로고침
###
과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기

관련 태그뉴스