모래시계에 구리선을 감아 물에 간신히 뜨도록 만들었다.
그리고 잘 보이도록 모래시계 위쪽과 아래쪽에 고무줄을 감아 표시를 했다.
찌통안에 넣어 놓고 보면 모래시계가 물 위쪽에 떠 있는 것을 볼 수 있다. (물론 모래시계 안에 모래는 아래쪽에 내려와 있다.)
찌통을 통채로 뒤집어 놓으면 모래시계가 아래쪽으로 이동하게 된다. 그럼 모래시계가 떠 올라야 하지 않을까?
그런데 모래시계는 물위로 떠오르지 않는다. (이때 모래시계 안에 모래는 위쪽에 존재하게 된다.)
시간이 지나면 모래시계 안에 있던 모래가 아래쪽으로 조금씩 이동하게 되고, 어느정도 모래시계 안에 모래가 아래쪽으로 이동하게 되면 모래시계가 떠 오른다?
모래시계는 유리관으로 밀폐되어 있는데 모래가 위쪽에 있을때와 아래쪽에 있을때 질량이 변하는 것일까? 그럼 질량보존법칙이 성립하지 않는 것일까?
모래시계가 들어있는 찌통을 뒤집어 봐도, 전체질량은 변하지 않는다.
어떻게 된 것일까? 한번 고민해 보자.
학생들과 함께 토의해 보면 좋을 것 같다.
ps <수업팁> 2017.5.11
오늘 수업시간에 학생들에게 보여주고 왜 그런지 생각해 보게 하니가 예상외로 닫힌계에서 모래가 위에 있을때랑 아래 있을때 질량이 변할거라고 생각하는 학생들이 많이 나온다.
서로 상반된 생각을 하는 학생들끼리 토론을 시켰더니 다양한 의견이 많이 나온다. 모래가 위에 있을때 아래쪽 공기가 눌리기 때문에 공기가 압축되어 더 무거워 질거란다. 나도 생각해 본적이 없는 기발한 생각들이다.
그럼 우리가 지금까지 배운 질량보존의 법칙에 위배되지 않느냐고 물었더니 혼란스러워 한다. 이런 과정을 거치면서 학생들은 닫힌계에서는 질량이 보존된다는 것에 대해 더 잘 이해하게 될 것이다.
마지막으로 어느 초능력자가 내가 들고 있는 뚜껑이 닫힌 상자의 무게를 초능력으로 무겁게 할 수 있을까? 라고 질문하니 이제 모든 학생이 '아니오' 라고 답한다. 어떤 경우에도 닫힌계에서는 질량이 보존된다. 왜냐하면 닫힌계에 들어있는 원자의 종류나 개수가 변하지 않기 때문이다.
잠깐이지만 진지한 논의를 볼 수 있었다.
