같은 풍선을 크기가 서로 다르게 분다음 두 풍선을 연결하면 어떻게 될까?
일반적으로 우리가 생각하는 것과 같지 않은 결과가 나올때가 많다.
보통 큰 풍선에서 작은 풍선쪽으로 공기가 이동할 것 같지만, 사실은 작은풍선에서 큰 풍선쪽으로 공기가 이동한다.
바람은 고기압에서 저기압으로분다.
이는 작은 풍선이 큰 풍선보다 압력이 크기 때문이다. 그래서 풍선을 불때 처음이 가장 힘들고 한번 불기 시작하면 그 다음부터는 풍선을 부는 것이 쉬워진다.
직접 풍선내부기압을 측정하기 위해 스마트와치의 기압계를 30cm풍선안에 넣고 측정해서 풍선내부 기압값도 확인해 보았다.
풍선이 작을때는 1049 풍선이 클때는 1034hPa 임을 알 수 있다. 즉 풍선이 작을때 보다 더 클때 내부기압은 작아진다.
스마트와치는 가지고 있는 사람이 많지 않기 때문에 지름90cm 짜리 풍선을 사서 스마트폰을 안에다 넣고 기압을 측정해 보았다. 스마트폰은 미러링 하면 풍선을 불면서 컴퓨터 화면으로 풍선내부 기압을 확인해 볼 수 있다. 그런데 생각보다 풍선이 너무 잘 터진다.
풍선은 크기가 커질수록 기압이 작아진다. 따라서 같은 풍선을 크기가 다르게 불어서 서로 연결하면 풍선이 작은쪽에서 큰쪽으로 공기가 이동해 작은풍선은 더 작아지고 큰 풍선은 더 커진다.
아래 그래프 처럼 풍선의 반지름이 2배가 될때 까지는 압력이 증가하지만, 그 다음 부터는 압력이 감소한다. 그래서 처음에 풍선을 불기는 어렵지만, 한번 불리고 나면 그 다음 부터는 쉽게 불 수 있는 것이다.
이유는
풍선이 커지면 풍선안에 들어있는 공기가 많아지지만 풍선의 부피가 팽창하면서 단위면적당 압력은 작아지기 때문이다.
풍선의 곡률을 이용해서 힘의 합력으로 설명하기도 한다.
풍선이 작을때는 풍선표면에 점을 찍어 보면 늘어난 풍선이 서로 잡아당기는 중심각이 크다.
반면에 풍선이 클때는 풍선이 서로 잡아당기는 중심각이 작아진다. 따라서 힘의 합력으로 봤을때 풍선이 작을때 누르는 힘이 더 크므로 압력이 더 크다.
