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빈풍선과 공기가 든 풍선으로 공기의 무게를 설명하는 것은 부적절한 것으로 보인다.
공기가 들어간 풍선의 무게는 공기의 양만큼 증가할 것으로 보이지만 사실은 풍선이 부풀어 오른 만큼 공기에 의해 부력을 받기 때문에 풍선의 무게는 거의 변하지 않는다.

약간의 차이가 나는 이유는 풍선안의 공기가 압축되기 때문이다.(입으로 불어서 들어간 이산화탄소의 양은 무시하도록 하자)

따라서 풍선을 이용한 실험을 해 보면 공기가 든 풍선이 약간 무거워지긴 하지만 그 양이 작기 때문에 정밀한 실험도구가 아니면 거의 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다.

풍선 대신 비닐 봉지를 사용하면 전혀 차이가 나지 않는다.
그도 그럴 것이
비닐봉지에 공기를 넣고 입구를 묶지 않은 것의 무게를 재고, 이번에는 입구만 묶는다고 해서 무게가 증가하지 않을 것이기 때문이다.

가압압축펌프를 이용하면 압축하는 횟수에 따라 무게가 거의 일정하게 증가하는 것을 알 수 있다.
(대기중의 공기가 펌프질 할때 마다 일정한 양만큼 들어갈테니까)
진공용기를 이용해서 공기를 빼내면 무게가 일정하게 감소하는 것이 아니라 감소하는 폭이 점점 줄어듬을 알 수 있다.
(진공용기 안의 공기의 양이 점점 희박해지므로 펌프질 할때 마다 나오는 공기의 양도 조금씩 줄어들테니까)

위와 같은 생각으로 실험을 해 보았다.

<작은 생각>
공기를 넣은 풍선과 넣지않은 풍선은 약 0.1g에서 0.2g 정도의 차이가 났다.(풍선의 크기와 탄력에 따라 차이나는 정도는 달라진다.)
0.1g 의 차이는 상당히 작다.

윗접시 저울을 가지고 실험해 본 사람은 알 것이다.
100mg(0.1g) 짜리 분동을 윗접시 저울의 한쪽에 올려 놓아보면
정밀한 윗접시 저울도 아주 약간 기울어 질 뿐이다.

그런데 질량이 큰 나무막대에 공기가 없는 풍선과, 공기가 든 풍선을 매달았을때 과연 기울어지는 것을 관찰할 수 있을까?
0.1g 의 차이를 대충 만든 나무막대 저울이 감지할 수 있을까?
(물론 나무막대 저울이라도 무게중심을 어디에 두느냐에 따라 아주 정밀하게 만들수도 있다.)

그렇다면 대부분 초등학교 교과서에 나오는 풍선을 이용한 실험은 조작에 가깝다는 생각이 든다.
(바람이 든 풍선쪽으로 기울어져야 한다는 선생님의 마음이 실험결과에 작용한 것은 아닐지....)

<결론>
비닐봉지를 이용한 실험은 항상 같아야 하며(공기의 무게와 공기의 부력에 의한 값이 상쇄돼기 때문)
공기가 압축되는 풍선, 축구공 등에서는 공기가 압축되는 정도에 따라 무게차이가 나타난다.

하지만 풍선을 이용한 공기의 무게에 대한 설명은 무게차이가 아주 작기때문에 실패할 확률이 높다.


Posted by 민서아빠(과학사랑)