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학습자료/과학

설거지하다 겹쳐진 그릇, 어떻게 하면 빠질까?

대한민국 교육부 2016. 2. 23. 19:28

설거지하다 겹쳐진 그릇,

어떻게 하면 빠질까?



■ 여름철 타이어 폭발의 원인 

여러분들은 여름철 도로에서 갑자기 타이어가 폭발해 자동차가 멈춰선다거나 타이어 폭발로 자동차가 전복되는 등 타이어 폭발이 큰 사고로 이어진 이야기를 뉴스에서 본 경험이 있나요? 유독 여름철에 자동차 타이어의 폭발이 많이 일어나는데 그 이유는 무엇일까요? 그건 바로 열 때문이랍니다. 여름철 타이어 안에서는 어떤 일이 벌어지는지 한번 살펴보도록 하겠습니다.


▲ 여름철 타이어 폭발(출처: 에듀넷)


타이어를 채운 공기는 아주 작은 알갱이로 이루어져 있습니다. 여름철 주행 전 타이어의 온도는 약 30도가 조금 넘어가는데, 시속 60km의 속도로 주행한 후에는 65도, 뜨거운 햇빛이 내리쬐는 날에 주행할 때에는 온도가 무려 100도까지 급격하게 올라갈 수 있다고 합니다. 이렇게 타이어의 온도가 올라가면 타이어 속 공기 알갱이들이 정신없이 날아다니며 타이어를 크게 부풀리게 됩니다. 공기들은 열을 받을수록 더 많이, 더 빨리 움직이게 되고 그러면 더욱 더 많은 공간이 필요하게 되겠지요? 결국 열에 의한 부피 팽창에 의해 공기들이 좁은 공간을 이기지 못하고 밖으로 빠져나가려는 힘에 의해 타이어가 폭발하게 되는 것이지요.


하늘을 나는 비행기도 이륙과 착륙을 하기 위해서는 지상 활주로에서 이동을 할 수밖에 없습니다. 이때 엄청난 크기에 수많은 승객과 수화물, 그리고 무게를 자랑하는 비행기의 타이어가 폭발하면 대형 사고로 이어질 것은 불보듯 뻔한 일입니다.


▲ 항공기의 바퀴(출처: 에듀넷)


이를 막기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 해답은 바로 타이어 속을 충전하는 기체의 종류에 있습니다. 비행기의 타이어는 타이어 속을 공기로 채우지 않고 다른 기체로 채운답니다. 이는 비행기용 타이어 내부에 공기가 들어 있게 되면 비행기가 이착륙할 때 타이어에 가해지는 엄청난 충격과 열로 인해 타이어 내부의 공기가 팽창하여 타이어를 파손시킬 수 있기 때문이라고 합니다. 자동차 타이어 내부의 기체가 공기라면 비행기용 타이어 내부의 기체는 불활성 기체인 질소로 충전하게 됩니다. 이유는 질소가 불활성 기체이기 때문에 외부의 압력과 열의 변화에도 그 반응이 적어 상대적으로 파손의 위험이 적기 때문입니다.



■ 열에 따른 기체 부피 변화를 이용하여 겹쳐진 그릇 떼어 내기 

기체의 부피가 열에 의해 커진다는 사실을 이용하면 겹쳐진 그릇을 손쉽게 떼어 낼 수도 있답니다. 설거지를 하다 보면 그릇과 그릇이 포개져서 떨어지지 않는 경우를 종종 볼 수 있는데요. 이 때 기체에 열을 가해서 기체의 부피를 커지게 하면 겹쳐진 그릇을 분리해 낼 수 있답니다. 어떻게 하냐고요? 우선 바깥쪽 그릇에 뜨거운 물을 흘려보내 줍니다. 그러면 그릇과 그릇 사이에 있던 공기가 데워지면서 조금씩 부피가 커지겠죠? 충분히 덥힌 다음 힘을 주어 돌리면 겹쳐진 그릇을 쉽게 분리할 수 있게 된답니다. 열 받은 기체 알갱이가 활발하게 움직이면서 그릇과 그릇 사이의 공간을 넓혀 쉽게 그릇을 떼어 낼 수 있는 것이지요.


▲ 겹쳐진 그릇 떼어 내기(출처: 에듀넷)


이처럼 열을 가했을 때 기체의 부피가 변한다는 원리를 적용한 제품도 있답니다. 바로 미끄럼 방지용 그릇인데요. 여러분은 뜨거운 밥이나 국을 넣은 그릇이 마치 마술을 부린 것처럼 밥상 위에서 저절로 움직이는 것을 본 적이 있나요? 그릇을 뒤집어 바닥을 보면 움푹 파인 부분이 있는데, 이곳에 공기가 들어가기 때문이랍니다. 그릇에 뜨거운 음식물을 담으면 이 부분의 공기가 팽창하여 그릇을 살짝 위로 들어 올리게 되는 데 이 때 식탁이나 탁자의 표면에 물이 있으면 그릇이 미끄러지게 되는 것이지요. 그래서 이것을 방지하기 위한 미끄럼방지 그릇도 시중에 나와 있답니다. 바로 바닥에 살짝 홈을 내어, 홈을 통해 팽창된 공기가 빠져나가 미끄러지지 않게 한 그릇이지요.


▲ 미끄럼 방지용 그릇(출처: 에듀넷)



■ 압력에 따른 기체 부피 변화를 이용한 물건 

기체의 부피는 열뿐 아니라 압력에 의해서도 변한답니다. 공기와 같은 기체 입자들 사이의 거리는 액체나 고체에 비하여 멀기 때문에 기체에 압력을 가하면 기체 입자들 사이의 간격이 줄어들면서 부피가 줄어들게 되고 반대로 가했던 압력을 제거하면 다시 기체의 부피가 원래대로 늘어나게 되는 원리입니다. 호핑볼이나 점프볼은 가한 힘에 따라 기체의 부피가 줄어들고 늘어나는 성질을 이용한 것이랍니다. 이러한 원리를 이용한 운동화도 있는데요. 바로 뒷꿈치 부분에 공기가 들어간 운동화입니다. 압력에 따라 공기의 부피가 줄어들었다 원래대로 돌아오는 성질을 이용한 제품으로 발바닥이 받는 충격을 줄여 주는 역할을 한답니다.


▲ 압력에 따른 기체 부피 변화를 이용하는 호핑볼과 에어운동화(출처: 에듀넷)


이러한 원리는 샴푸 통이나 로션 통에도 적용되어 있습니다. 샴푸 통의 꼭지를 누르면 샴푸가 나오지요? 이것도 바로 기체의 부피 변화를 이용한 것이랍니다. 샴푸 통의 꼭지를 누르면 통 안의 압력이 커지면서 반대로 기체의 부피가 감소하기 때문에 내용물이 바깥으로 나오게 되는 것이지요. 또, 자전거나 타이어 바퀴에 공기를 넣을 때도 이러한 원리를 이용하고 있는데요. 공기 주입기의 피스톤을 누르면 그 안의 압력이 커지면서 공기가 바퀴 안으로 밀려들어가 공기를 주입할 수 있는 것이랍니다.


▲ 기체의 부피 변화를 이용한 샴푸 통과 자전거 바퀴(출처: 에듀넷)



[자료출처: 에듀넷]



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