물을 거꾸로 흐르게 하라!

2017년 03월 15일 15:00

4월 1일 만우절이 점점 다가오자 섭섭박사님은 아이들에게 자신이 초능력자라고 말했어요. 아이들은 섭섭박사님의 말을 의심하며 물을 거꾸로 흐르게 하면 믿겠다고 말했지요. 그러자 섭섭박사님은 당장 보여 주겠다며 큰소리를 쳤어요. 과연 물을 거꾸로 흐르게 하는 방법이 있을까요?

 

GIB 제공
GIB 제공

섭섭박사의 힌트
위에서 아래로? 아래에서 위로!


먼저 평소에는 물이 어떻게 흐르는지 알아볼까요? 일단 물이 들어 있는 컵을 적당한 높이에 들고, 아래로 기울여 보세요. 물이 위에서 아래로 흐르는 것을 볼 수 있을 거예요. 이렇듯 물은 항상 아래로 떨어져요. 왜 그런 걸까요? 그 원리를 이용하면 물을 거꾸로 흐르게 할 방법도 찾을 수 있을 거예요.

 


힌트 하나. 물은 왜 아래로 흐를까?


지구의 모든 물체는 중력의 영향을 받아요. 물도 마찬가지예요. 중력은 항상 지구의 중심 방향으로 작용하지요. 그래서 공중에서 물체를 놓으면 지면으로 떨어지는 거랍니다.


반대로 중력이 없는 우주에서는 물체가 둥둥 떠 있어요. 물을 쏟아도 주변에 작용하는 힘이 없기 때문에 한 방향으로 흐르지 않고, 공중에 떠다니지요.


따라서 땅을 뚫고 솟구치는 간헐천이나 아주 센 힘으로 하늘을 향해 던진 공처럼, 중력보다 큰 힘이 중력의 반대 방향으로 작용하면 물체는 위로 솟아올라요.

 

GIB 제공
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힌트 둘. 시간을 거꾸로 돌리는 착시?!


가끔 영상을 보다가 빠르게 회전하는 프로펠러가 실제 방향과 반대로 도는 것처럼 느껴진 적 있나요? 바로 1/30초 마다 1장의 사진을 보여 주는 영상의 주기와 프로펠러가 도는 주기가 맞지 않을 때 일어나는 착시 현상이에요.


초침만 있는 시계를 55초마다 보는 사람이 있다고 가정해 봐요. 맨 처음에는 초침이 0초에 놓인 걸 볼 거예요. 두 번째는 55초, 세 번째는 50초… 순으로 시계를 보다 보면 시계가 거꾸로 가는 것처럼 느껴지겠지요? 이 현상은 60초를 주기로 한 바퀴를 도는 시계를 55초 주기로 보기 때문에 일어나요.

 

GIB 제공
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실험 방법
물을 거꾸로 흐르게 해 보자!

※ 실험할 때는 꼭 보호 장비를 착용하고, 안전에 유의하세요!


<어린이과학동아>의 독자들이 섭섭박사님을 위해 물을 거꾸로 흐르게 하는 여러 가지 아이디어를 내 주었어요. 섭섭박사님은 블로그와 홈페이지에 올라온 다양한 방법 중 몇 개를 뽑아서 직접 실험을 해 보았지요. 과연 물을 거꾸로 흐르게 만들었을까요?

 


실험 방법 하나. 기체의 압력으로 물을 밀어 올려라!

제안 독자 : 조영우, 김초록

 

서동준 기자 제공
서동준 기자 제공

 

서동준 기자 제공
서동준 기자 제공

준비물 : 초, 투명한 컵, 일회용 접시, 양면테이프, 라이터, 물
➊ 양면테이프로 초를 일회용 접시에 고정시킨다.
➋ 초를 켠 후, 일회용 접시에 초가 잠기지 않을 정도로 물을 붓는다.
➌ 초 위에 투명한 컵을 엎어 놓고 컵에 물이 차오르는 모습을 관찰한다.


원리
초가 타는 반응은 연소과정이다. 연소는 물질이 산소 기체와 결합할 때 빛과 열을 내면서 타는 현상이다. 이때 이산화탄소 기체가 발생하는데, 이산화탄소의 일부는 물에 녹는다. 즉, 발생한 이산화탄소 기체의 양보다 줄어든 산소 기체의 양이 더 많기 때문에 연소 후 컵 안의 기체 양은 반응 전보다 줄어든다.


같은 부피에서 기체의 양이 줄어들면 기체가 주위를 밀어내는 힘인 압력이 낮아진다. 그 결과 컵 안의 압력은 컵 밖의 압력인 대기압보다 작아지고, 이 차이만큼 컵 밖에서 안쪽으로 물이 밀려 올라간다.

 


실험 방법 둘. 착시를 이용하라!

제안 독자 : 김아인, 김소연, 이다솔

 

서동준 기자 제공
서동준 기자 제공

준비물 : 페트병, 송곳, 호스, 스피커, 물, 테이프, 스마트폰 2대
➊ 송곳을 이용해 페트병 뚜껑에 구멍을 뚫고 호스를 연결한다.
➋ 페트병에 물을 가득 채우고, 테이프로 호스를 스피커에 고정시킨다.
➌ 스테레오 케이블로 스피커와 스마트폰을 연결한 후, 주파수 발생기 앱을 실행시켜 28Hz로 설정한다.
➍ 주변을 어두운 상태로 만든 후, 섬광 발생기 앱을 실행시키고 주파수를 30Hz에 맞춘다. 섬광이 켜지면 페트병을 기울여 호스를 통해 물이 떨어지는 곳을 비춘다.


원리
스피커에서 28Hz의 소리가 흘러나오면, 스피커는 1초에 28번 진동한다. 동시에 스피커에 고정된 호스도 함께 진동하며 물줄기는 S자 파형을 그린다. 이때 S자 파형 하나를 완성하는 데 1/28초가 걸린다.


한편 섬광 발생기의 주파수를 30Hz에 맞추면 조명은 1/30초에 한 번씩 깜빡인다. 그럼 S자 파형 하나를 만드는 시간보다 조명이 켜졌다 꺼지는 간격이 더 짧다. 즉, 한 파형이 채 완성되지 못한 상태로 조명이 켜져서 바로 전에 본 모습보다 물방울이 위쪽에 있는 것처럼 보인다. 이때 빠른 속도로 조명이 깜빡이기 때문에 연속된 장면처럼 느껴져서 물이 위로 올라가는 것처럼 보인다.

 

서동준 기자 제공
서동준 기자 제공

다음 실험 미션

모터 없이 움직이는 배를 만들어라!


섭섭박사님은 봄을 맞아 경치 좋은 섬으로 여행을 떠났어요. 그런데 섬으로 가는 배를 타기 위해 선착장에 갔더니 승차권이 벌써 다 매진됐다는 거예요! 하지만 포기를 모르는 섭섭박사님은 배를 직접 만들기로 했지요. 모터도 없는 상황에서 어떻게 배를 만들 수 있을까요?


여러분만의 기발한 방법을 어린이과학동아 홈페이지(kids.dongascience.com)에 올려 주세요.

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