흔들고, 누르고, 폭발하라! 콜라로 만드는 마그마 분출 실험!

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!

콜라만 있으면 지구의 역동적인 활동인 ‘화산 폭발’의 원리를 안전하게(?) 재현할 수 있습니다. 이번에는 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 탄산음료에 숨겨진 폭발적인 힘의 비밀을 파헤치고, 짜릿한 과학 실험을 소개합니다! 참고로 이 실험은 실습생 T 씨, S 씨와 함께 진행하며 콜라의 양, 구멍 크기 등을 연구한 결과이니 참고해 주세요.

【준비물】

・700ml 콜라 (350mL, 500mL 등 다양한 크기가 있지만, 콜라 양에 따라 분출되는 힘을 조절할 수 있습니다)

・인두 (또는 송곳, 압정 등 뚜껑에 작은 구멍을 뚫을 수 있는 도구)

・(중요!) 더러워져도 상관없는 복장과 실험을 진행할 넓은 장소 (욕실이나 가능하다면 야외가 가장 좋습니다) 학교에서 진행할 경우 반드시 예비 실험을 해보세요. 저희도 한 번 실패했답니다.

【실험 방법】

① 콜라 뚜껑에 인두나 송곳 등으로 작은 구멍을 뚫습니다. (※ 불이나 날카로운 도구를 사용할 때는 반드시 어른과 함께 하세요)

구멍 크기에 따라 분출되는 힘의 강도가 달라집니다.

② 콜라를 라벨 윗부분까지 마십니다 (또는 버립니다). 병 안에 공기층(빈 공간)을 만드는 것이 목적입니다.

③ 구멍 뚫린 뚜껑을 단단히 닫습니다. 뚫린 구멍을 엄지손가락으로 꽉 누르거나 (또는 마스킹 테이프 등으로 구멍을 막은 채) 콜라병을 격렬하게 흔듭니다! 5초 정도 아주 세게 흔들어주세요.

④ 콜라병을 바닥이나 땅에 내려놓습니다. 마음의 준비가 되었다면 누르고 있던 손가락을 단숨에 뗍니다! (또는 테이프를 한 번에 제거합니다)

⑤ 폭발(분화)이 시작됩니다!

【왜 폭발했을까요? 콜라에 숨겨진 ‘압력’의 비밀】

여러분이 유튜버 영상 등에서 흔히 보시는 ‘멘토스 콜라’ 실험과 비슷합니다. 콜라에는 ‘이산화탄소(CO2)’라는 기체가 높은 압력으로 억지로 밀어 넣어져 있습니다 (액체에 녹아있는 상태입니다).

① 실험 방법 ③ (흔들기) 페트병을 흔들면 콜라(액체)에 녹아있던 이산화탄소가 자극을 받아 한꺼번에 액체에서 튀어나와 ‘기체’로 되돌아가려고 합니다.

② 병 내부 압력 상승 액체에서 빠져나온 기체 상태의 이산화탄소는 위쪽에 비워 둔 공간에 모입니다. 흔들면 흔들수록 이 공간에 기체가 가득 차 병 안은 매우 높은 압력으로 가득 차게 됩니다. (빵빵해지는 상태)

③ 실험 방법 ④ (손가락 떼기) 손가락을 떼면 높은 압력에서 낮은 압력(병 외부의 ‘대기압’)을 향해 한 번에 쏟아져 나오려는 통로가 생깁니다. 이때 병 안의 기체는 콜라 액체까지 함께 휘감아 작은 구멍을 통해 엄청난 속도로 뿜어져 나옵니다! 게다가 내부 압력이 급격히 낮아지면서 아직 콜라 속에 녹아있던 이산화탄소마저 “더 이상 못 참아!”라며 연이어 기체가 되고, 이것이 연쇄 반응으로 이어져 폭발적인 분출을 계속하게 하는 힘이 됩니다.

【이것이 바로 화산의 원리! 콜라가 ‘마그마’가 되는 순간】

이 실험은 사실 실제 화산 폭발의 모델로 매우 훌륭합니다.

페트병 내부 = 지하 깊은 곳의 ‘마그마 방’

콜라 = ‘마그마’

녹아있는 이산화탄소 = 마그마에 녹아있는 ‘물(H2O)’이나 가스

평소 마그마는 지하 깊은 곳에서 높은 압력 덕분에 물이나 가스를 녹인 채 안정적으로 존재합니다. 하지만 어떤 계기로 마그마가 지상에 가까워지거나 압력이 낮아지면, 녹아있던 물이 한 번에 ‘수증기(기체)’로 변합니다. 물은 액체에서 기체(수증기)가 되면 부피가 약 1700배로 팽창합니다! 이 엄청난 팽창력이 마그마를 화구에서 격렬하게 뿜어내는 ‘화산 폭발’의 원동력인 것입니다.

【보너스: ‘부석(경석)’도 만들 수 있을까요?】

실험이 끝난 후 콜라 안을 보면 거품이 많이 남아있죠? 만약 이 ‘거품 가득한 마그마(콜라)’가 뿜어져 나오는 순간 급격히 식어 굳어진다면…? 맞습니다. 그것이 바로 ‘부석(가벼운 돌)’입니다. 부석이 물에 뜨는 것은 이 ‘거품(가스가 빠져나간 흔적)’이 많이 있기 때문이랍니다.

간단한 실험이지만 지구의 에너지를 몸소 체험할 수 있는 심오한 실험입니다. ※ 반드시, 더러워져도 상관없는 안전한 장소에서 온 가족이 도전해 보세요!

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