책받침 하나로 책상을 든다?! ‘보이지 않는 괴력’ 대기압 초간단 실험
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험!
우리 주변을 가득 채우고 있는 ‘공기’. 너무나 당연한 존재라 그 무게나 힘을 의식하는 일은 거의 없죠. 하지만, 만약 그 보이지 않는 공기가 무거운 책상을 가볍게 들어 올릴 정도의 엄청난 힘을 숨기고 있다면 어떨까요? 오늘은 공기가 가진 숨겨진 힘, ‘대기압’의 놀라움을 단 한 장의 책받침으로 체험할 수 있는 기막힌 과학 실험을 소개합니다!
과학 수업에서 ‘압력’을 가르칠 때, 빈 캔을 대기압으로 찌그러뜨리는 실험은 단골이지만, 준비가 좀 번거롭죠. 더 간편하게, 더 드라마틱하게 대기압의 힘을 체험하고 싶다면, 이 “책받침으로 책상 들기 실험”이 최고입니다. 준비물은 교실이나 가정에 있는 ‘책상’과 다이소 같은 100엔 숍에서도 구할 수 있는 ‘책받침’과 ‘흡착판(큐방)’뿐! 준비는 순식간이지만, 학생들에게 “어? 이런 걸로?” 하는 놀라움과 “와, 공기의 힘이 이렇게 세다고?” 하는 감동을 동시에 줄 수 있습니다.
이 실험은 일반 교실이든 과학실이든, 심지어 가정집 거실에서도 가능합니다. ‘공기의 힘이 “보이는” 순간’을 마음껏 즐겨보세요.
실험 준비 및 순서
◆ 준비물 (1팀 기준)
- 책받침 (B5 사이즈) … 1개
- 흡착판 (지름 3.6cm 정도) … 2개
※ 저는 두 가지 모두 100엔 숍 (세리아)에서 구입했습니다.
※ 팀 수에 따라 책받침 12개, 흡착판 24개를 준비했습니다.
▼ 참고 상품:
- 「미니 슈퍼 후크 흡착식 5개입」 110엔 (세금 포함)
- 아마존이나 라쿠텐에서도 유사품을 구할 수 있습니다.
◆ 실험 방법
- 책상 표면을 깨끗하게 닦고, 책받침을 틈이 생기지 않도록 평평하게 올려둡니다.
- 책받침 중앙쯤에 흡착판 2개를 힘껏 눌러 붙입니다.
- 흡착판의 손잡이를 양손으로 잡고, 위로 천천히 당겨 올립니다.
【성공 비법】
이 실험의 비결은 뭐니 뭐니 해도 ‘천천히’ 들어 올리는 것입니다. 세게 확 잡아당기면 책받침과 책상 사이에 공기가 들어가 흡착판만 떨어져 버립니다. ‘지긋이’ 힘을 가해야 책받침이 책상에 철썩 달라붙은 채 책상 전체가 들리는 신기한 경험을 할 수 있습니다.
왜 책받침으로 책상을 들 수 있을까?
책상이 마법처럼 떠오른 것은 아닙니다. 이 현상의 주인공은 바로 지구를 감싸는 공기의 무게, 즉 **「대기압」**입니다. 평소에는 책받침 위아래로 같은 크기의 대기압이 작용하고 있어 힘의 균형을 이루고 있죠. 하지만 책받침을 책상에 ‘착’하고 밀착시켜 올려두면, 책받침과 책상 사이의 공기가 빠져나가면서 아래에서 위로 밀어 올리는 공기의 힘이 거의 사라집니다.
그 결과, 책받침 위쪽에서만 거대한 공기 기둥이 짓누르는 것과 같은 상태가 됩니다. 이 보이지 않는 힘이 워낙 강력해서 책받침은 책상에 단단히 눌어붙게 되고, 들어 올리려 하면 책상까지 통째로 들려 올라가는 현상이 생기는 것입니다.
이것은 빨대로 주스를 마실 수 있는 원리, 벽에 붙인 흡착판이 잘 떨어지지 않는 원리와 모두 같습니다. 우리 주변은 대기압이 만들어내는 신기한 일들로 가득 차 있습니다.
과학 지식: 대기압의 힘을 계산해보자!
그렇다면 이 B5 사이즈 책받침(182mm × 257mm)에는 대체 얼마나 큰 힘이 작용하고 있는 걸까요? 직접 계산해보고 그 엄청난 크기에 놀라봅시다.
지표면의 기압을 약**1000hPa(헥토파스칼)**이라고 가정하겠습니다. 이는 1㎡당 약 100,000N(뉴턴)의 힘이 작용한다는 것을 의미합니다. 식으로 나타내면 다음과 같습니다.
F(힘)=P(압력)×S(면적)
F=100000Pa×0.182m×0.257m≈4677N
이 4677N이라는 힘을 무게로 환산하면, 무려 약 467kg 중에 해당합니다! 이는, 씨름 선수 세 명 혹은 작은 소 한 마리의 무게와 맞먹는 힘입니다. 단 한 장의 책받침 위에 이렇게 엄청난 힘이 짓누르고 있다는 사실, 믿어지시나요? 우리의 몸 역시 항상 이 보이지 않는 힘에 의해 지탱되고 있답니다.
심화 학습 아이디어
이 놀라운 힘을 좀 더 우리 몸에 가까운 스케일로 계산해 봅시다.
- **손바닥 (약 15cm × 10cm)**에 작용하는 공기의 힘은? 계산해 보면 약 150kg 중! 사실 손바닥 위에는 성인 남성 한 명이 올라타 있는 것과 같은 힘이 항상 작용하고 있는 셈입니다.
- **검지 손톱 (약 1cm²)**에는? 약 1kg 중입니다. 손톱 위에 1L짜리 우유팩을 올려놓고 있는 모습을 상상해 보세요.
또, **나리카(ナリカ) 사의 ‘고무피타군’**과 같은 교재를 사용해 보는 것도 재미있을 겁니다. 책상에 ‘착’하고 달라붙는 감각은 대기압의 존재를 더욱 직접적으로 느끼게 해줍니다.
공기의 힘, 잘 느껴보셨나요? 우리 주변의 당연한 일상 속에 숨겨진 과학 원리를 알게 되면, 평소 보던 풍경이 조금 다르게 보일지도 모릅니다. 가정이나 교실에서 꼭 이 감동을 직접 경험해 보세요!
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