얼마전 구입한 공기주입기를 기압 실험에 적용해 보았다.
충전해서 사용할 수 있고 힘들게 펌프질을 하지 않아도 된다.
과학 실험 할 때 펌프대신 사용해 보았는데 압력은 10기압까지 나와 만족스럽지만, 공기가 주입되는 속력은 생각보다 많이 느리다.
펌프를 사용하지 않아도 자전거 바퀴에 바람을 넣거나, 자동차 바퀴에도 바람을 넣을 수 있다.
고민하다 공기주입기로 할 수 있는 몇가지 실험을 고안해 보았다.
1. 주사기 피스톤 발사하기
- 50mL 주사기 끝에 공기주입기를 연결하면 압력에 의해 피스톤이 밀려 나가다가, 마지막에 잠시 버티다가 피스톤이 발사된다. 어쩔때는 상당히 강하게 버틴다. 이때는 조심해야 한다. 피스톤 발사되는 위력이 상상을 초월한다. 교실 유리창 깰 뻔했다. 잘 발사되지 않으면 피스톤을 움직여 잘 빠지도록 미리 조절해 놓자.
- 뻑뻑한 주사기의 경우 발사될 때 발사되는 소리와 강도가 상당하다. 교무실에서 테스트 하다가 선생님들 모두 깜짝 놀라셨다는... ^^
2. 주사기 피스톤으로 사람 손 밀어내기
- 내친 김에 주사기 피스톤을 사람 손으로 안나오게 버틸 수 있을까? 라고 질문하고 희망자를 받아 한손으로 피스톤 끝이 나오지 않게 버티게 하였다. 기압의 힘을 이길수는 없다. 이때도 조심해야 한다. 너무 욕심을 부리다 보면 손에 자국이 남고, 실험이 끝나고 아프다고 하는 학생도 있다. 적당히 버티다가 안되면 포기하게끔 교육시키자.
- 학생들이 너무 좋아한다. 충분히 버틸 수 있을 것 같은데, 버티지 못하고 밀려날 때 허탈해 하기까지 한다. 공기의 압력이라는 것이 생각만큼 약하지 않다. 직접 체험해 보면 확실히 알 수 있다.
3. 풍선 터트리기
- 뭐니 뭐니 해도 무언가 폭발하거나 터지는 것을 학생들은 좋아한다. 작은 풍선(물풍선용 작은 풍선) 을 입구에 연결하고 풍선을 터뜨려 보자. 작은 풍선을 사용해야 한다. 큰 풍선은 바람 들어가는데 너무 오래 걸린다.
- 풍선이 터지기 전에 긴장감이 학생들을 집중하게 만든다. 우우~~~~~
4. 가압용기에 연결하면 펌프질 하지 않아도 공기주입기를 이용해 압력을 증가시킬 수 있다.
- 가압용기가 더이상 판매되지 않는 듯 하다. 가압용기나 물로켓 발사대 압축할 때도, 선생님이니까 전동 공기 주입기로 멋있게...
가압용기 관련 실험
가압용기를 기압차 이용하여 캔 찌그러 뜨리기(보일의 법칙)
가압용기를 이용하여 외부 압력을 2기압으로 키우면 뚜껑을 닫은 캔은 찌그러 들까? 이전 실험에서 커피캔 내부를 진공으로 만들면 캔이 찌그러드는 실험을 한 적이 있다. 이는 커피캔 내부와
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5. 그밖에 기압과 관련된 다양한 실험을 할 수 있다.
공기 주입기의 원래 용도는 자전거나 자동차 타이어에 바람을 넣는 용도다. 그래서 어느정도 압력이 들어갔는지 계기판에 현재 공기 압력이 나온다. 이걸 잘 활용하면 좋다.
손으로 끝을 막거나 주사기를 막고 있으면 계기판에 현재 압력이 증가하는 것을 볼 수 있다.
내가 얼만큼의 기압을 버티고 있는지 알 수 있다.
그런데 재미있는 것은 풍선을 불때 보면 압력 변화가 거의 없다는 점이다.
풍선의 탄성력을 무시한다면(사실 풍선의 탄성력은 생각보다 상당히 작다) 풍선은 대기압과 같아 질때 까지 커지기 때문에 압력이 증가할 이유가 없다.
유튜브에 올렸더니, 폭발 장면때문인지 18세 이상으로 바뀌었네요. 그래서 위에 동영상 추가로 올려 두었습니다.
<추가> 얼마전 카톡에 올라온 내용이다. ㄷ 이 정답이 될까?
ㄷ 은 논란의 소지가 크다.
풍선에 공기입자를 넣어 풍선이 커지고 있는 중간에 상황을 묻는 거라면 맞다. 내부 압력이 크기 때문에 풍선의 내부압력과 외부압력(대기압)이 같아질때 까지 커져야 하기 때문이다.
그런데 완전히 풍선이 부풀어 있는 상태를 두고 비교하는 거라면 ㄷ 은 틀리다.
1, 풍선의 탄성력을 무시한다면 풍선속 기체의 압력은 풍선의 크기와 상관없이 대기압과 같아야 한다.
2. 만약 풍선의 탄성력을 고려 한다면, 풍선이 커질수록 탄성력 때문에 풍선내부의 압력도 커질것이라는 생각은 틀린 생각이다. 풍선 내부의 압력은 풍선의 크기가 불기 전 풍선 지름의 약 2배를 넘는 순간부터 풍선내부의 압력은 작아 진다. 따라서 풍선크기에 대한 설명이 없기 때문에 답이 없다.
관련설명은 아래 링크 참고
크기가 다른 두 풍선을 연결하면 어떻게 될까?(기압차이 설명)고기압저기압
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
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