우주에 마시멜로를 가져간다면? 쭈글쭈글 쪼그라든 마시멜로의 과학 (기체의 압력 원리)

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.

여러분은 푹신푹신한 간식, 마시멜로가 ‘풍선처럼 부풀어 오르거나’ ‘건포도처럼 쪼그라드는’ 모습을 상상해 본 적 있으신가요? 최근 선택 수업 시간에 학생들이 바로 이 재미있는 실험을 하는 것을 우연히 보게 되었는데요. 저도 모르게 “재미있다!”라고 소리쳤고, 그 모습을 영상으로 담아왔습니다.

실험은 아주 간단합니다. 감압 장치(안의 공기를 뺄 수 있는 기계)에 마시멜로를 넣고 스위치를 켭니다.

그러자 어떻게 될까요? 장치 안의 공기가 빠져나가면서, 마시멜로가 서서히 크게 부풀어 오릅니다. 마치 마법을 보는 것 같습니다. 약 1.5배 정도로 커진 것 같죠?

“와아!” 학생들의 환호성이 터져 나옵니다.

그리고 이번에는 장치 안에 다시 공기를 넣어줍니다(원래 기압으로 되돌립니다). 부풀어 오른 마시멜로는 과연 원래대로 돌아갈까요?

…하지만 놀랍게도! 마시멜로는 원래 크기보다 훨씬 작고, 쭈글쭈글하게 쪼그라들고 말았습니다.

도대체 마시멜로에 무슨 일이 일어난 걸까요?

마시멜로는 왜 부풀어 올랐을까요?
“마시멜로의 구조와 관련이 있는 걸까요?” 한 학생이 중얼거렸습니다. 정답입니다!

여러분이 평소 먹는 마시멜로는 설탕이나 젤라틴 등을 거품 내어 굳힌 것입니다. 즉, 그 폭신폭신한 식감의 정체는 **마시멜로 안에 갇혀 있는 수많은 ‘공기 방울’**입니다.

우리가 생활하는 지상에서는 공기의 무게로 인한 힘(기압)이 마시멜로를 바깥에서 계속 누르고 있습니다. 마시멜로 안의 공기도 같은 힘으로 안에서 밀어내기 때문에 형태가 유지되죠.

하지만 감압 장치로 주변 공기를 빼내면, 마시멜로를 밖에서 누르는 힘이 약해집니다. 그러면 안에 갇혀 있던 공기 방울이 ‘지금이다!’ 싶어 팽창하게 되고, 마시멜로 전체를 풍선처럼 부풀게 만든 것입니다. 기체는 주변 압력이 낮아지면 부피가 커지는 성질이 있기 때문이죠.

왜 쭈글쭈글하게 쪼그라들었을까요?
그렇다면 왜 다시 원래대로 돌아가지 못하고 쭈글쭈글해졌을까요?

한번 크게 부풀었던 마시멜로는 한계까지 늘어났던 풍선과 같은 상태입니다. 마시멜로 구조, 즉 공기 방울을 지탱하던 벽(젤라틴 틀)이 팽창하는 힘에 의해 늘어나거나 일부가 파괴되어 버린 것입니다.

그 상태에서 갑자기 공기를 다시 넣어주면(원래 기압으로 되돌리면), 이번에는 바깥에서 강한 힘으로 꽉 눌리게 됩니다. 하지만 안의 틀이 이미 손상되었기 때문에 외부의 힘을 견디지 못하고, 내부의 공기까지 빠져나가면서 원래 크기보다 작고 쭈글쭈글한 모습으로 쪼그라들고 만 것이죠.

감압 현상은 우리 생활과 우주로 이어진다
이렇게 압력이 낮아지면 부피가 커지는 현상은 사실 우리 주변에서도 흔히 볼 수 있습니다.

예를 들어, 감자칩 봉지를 들고 높은 산(후지산 등)에 오르면 봉지가 빵빵하게 부풉니다. 이것 역시 산 위는 기압이 낮아 봉지 안의 공기가 팽창하기 때문입니다.

더 나아가 스케일을 키워보면, 이 실험은 우주복의 중요성과도 연결됩니다. 우주 공간은 공기가 거의 없는 ‘초감압 상태’입니다. 만약 우주복 없이 맨몸으로 우주에 나간다면… 마시멜로가 부풀었던 것처럼, 우리 몸 안의 공기와 혈액 속의 수분이 팽창하게 되어 매우 위험한 상황에 처하게 됩니다.

단 하나의 마시멜로 실험이 산행부터 우주 개발까지, 다양한 과학적 지식과 연결된다는 사실이 정말 흥미롭지 않나요? 학생들의 호기심 덕분에 저도 재미있는 과학 이야기를 발견한 하루였습니다.

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