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[소년중앙] 풍선 달았을 뿐인데 로켓이 힘차게 날아간 이유는

중앙일보 2019.03.11 07:00
‘과학, 실험, 으악 따분해!’라고 느낀 적 있나요. 이제 걱정하지 말아요. 소년중앙이 집에서 준비할 수 있는 물건으로 재미있는 실험을 시작합니다. 초등학교 과학 연구 교사 모임 아꿈선(www.아꿈선.com)과 함께하는 소꿈연구실이에요. 소꿈연구실에서 가벼운 실험을 하나씩 성공하다 보면 과학과 친해질 수 있을 거예요. 차근차근 따라 해 보고, 소년중앙 홈페이지(sojoong.joins.com)에 인증도 해봅시다.
 
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오늘의 실험: 고체·기체를 이용해 로켓 장난감 만들기
(교과서 3학년 2학기 4단원) 
 
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준비물: 휴지심, 색종이, 사인펜, 가위, 풀, 빨대, 셀로판테이프, 실(7m 이상), 풍선, 집게
*휴지심을 구하기 어려우면 페트병처럼 원통 모양 가벼운 물건도 괜찮아요. 실 대신 철사·낚싯줄을 이용할 수도 있고요.
 
실험 방법 
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1. 로켓 몸통이 될 휴지심(페트병)은 색종이·사인펜으로 마음껏 꾸밉니다. 색종이로 로켓 머리·날개를 만들 수도 있죠. 단, 이때 무게가 많이 나가지 않게 색종이를 너무 많이 붙이진 마세요.
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2. 다 꾸몄나요. 몸통 위에 셀로판테이프로 빨대를 하나 붙이세요.
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3. ② 빨대에 7m짜리 실을 통과시켜 넣습니다. 이 실은 로켓이 날아가는 활주로가 될 거예요. 길수록 재밌겠죠.
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4. 풍선을 잔뜩 불어 로켓 위에 테이프로 붙입니다. 이때 입구는 손이나 집게로 잠깐 막아 두세요.
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5. 벽면에 실 양쪽을 붙여 활주로를 만들거나 함께하는 친구에게 실을 잡아 달라고 부탁하세요.
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6. 하나, 둘, 셋, 풍선 입구를 막은 손 혹은 집게를 놓으세요! 로켓이 실 활주로를 따라 날아갑니다. 
 
오늘의 개념. 물질의 상태
대부분 물질은 온도·압력에 따라 고체·액체·기체 세 가지 상태로 존재해요. 예를 들어 물은 온도에 따라 고체인 얼음, 액체인 물, 기체인 수증기로 존재하죠. 먼저 고체는 일정한 형태를 지녀 모양·부피가 변하지 않는 상태예요. 눈으로 보고 손으로 잡을 수도 있죠. 친구들이 보는 소년중앙 신문도 고체인 종이로 만들어졌죠. 액체는 물이 대표적이에요. 일정한 형태는 없지만 부피는 일정한 물질을 가리키죠. 손으로 잡을 수 없고 흐르며, 담는 그릇에 따라 모양이 변하죠. 하지만 부피는 온도 등 외부 환경이 변하지 않으면 잘 변하지 않습니다. 기체는 모양·부피가 정해지지 않은 상태죠. 공기가 대표적이에요. 실험에서 풍선이라는 '용기'에 자유자재로 넣은 것도 공기예요. 용기에 넣은 기체에 한해, 압축 상태에 따라 부피가 변하기도 합니다.
 
1) 로켓 장난감에 사용된 물질의 상태
실험에서 사용한 물질은 고체·기체예요. 로켓 몸통이 된 휴지심, 그걸 꾸민 색종이, 동력으로 쓴 풍선, 활주로로 사용한 실 모두 고체예요. 풍선에 넣은 동력은 공기 즉, 기체죠. 우리가 일상에서 쓰는 물체에는 다양한 물질 상태가 이용되는 경우가 많아요. 여러분이 덮는 이불은 천·솜 등 고체와 솜 사이에 기체인 공기가 공간을 차지하죠. 겨울철 사용하는 고체 온수매트에는 액체인 물을 쓰고요.
 
2) 장난감 로켓은 어떻게 움직일까
장난감 로켓은 어떻게 빠른 속도로 이동할 수 있었을까요? 바로 기체인 공기가 로켓이 앞으로 나아가게 하는 힘으로 쓰였기 때문이에요. 유명한 과학자인 뉴턴의 운동 법칙에는 ‘작용과 반작용의 법칙’이 있어요. 이는 물체 A가 물체 B에 힘을 주면 물체 B는 크기는 같고 방향은 반대인 힘을 A에게 동시에 준다는 거예요. 일상에서 벽을 밀었을 때 내 몸이 뒤로 밀려나는 경험을 해본 적이 있을 겁니다. 내가 벽에 힘을 준 만큼 벽도 나에게 힘을 준 것이기 때문이에요. 장난감 로켓도 마찬가지로 풍선에서 빠져나가는 공기가 자신이 뒤로 나가는 힘과 동일한 힘으로 풍선을 앞으로 밀어내기 때문에 앞으로 가는 거예요. 실제 로켓의 경우 연료를 이용해 많은 양의 가스를 분출하기 때문에 장난감 로켓보다 먼 거리를 더 빠르게 갈 수 있는 거죠.
 
3) 알쏭달쏭한 물질의 상태
어떤 물체는 상태가 헷갈리기도 합니다. 모래·설탕 같은 가루 물질은 어떤 상태일까요? 담는 용기에 따라 모양이 변하고 흐르기도 해서 액체 같기도 합니다. 하지만 가루 물질의 알갱이 하나하나를 살펴보면 그 크기와 모양은 쉽게 변하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 모래나 설탕은 고체예요. 끈적끈적한 꿀이나 샴푸, 토마토소스는 어떤 상태일까요? 흔히 우리는 모든 액체가 물과 같은 모습일 거라고 생각합니다. 꿀이나 샴푸는 물처럼 쉽게 흐르진 않지만, 담는 용기에 따라 천천히 모양이 변하고 부피가 변하지 않기 때문에 액체로 분류합니다.
 
4) 말랑말랑한 푸딩은 고체일까? 액체일까?
간식으로 먹는 푸딩은 어느 정도 형태가 고정돼 고체 같기도 하면서 모양이 쉽게 변하죠. 비슷한 물체로는 치약·두부·묵·젤리가 있어요. 사실 이러한 물체는 액체도 고체도 아니에요. 겔(gel) 또는 콜로이드(Colloid)라고 불리는 또 다른 상태의 물질이죠. 즉 고체나 액체로 분류되는 것이 아니라 겔이라는 상태의 물질로 분류하는 거예요. 쉽게 설명하면 작은 입자들이 고체의 형태를 갖추면서 그 사이의 공간에 액체가 채워져서 특이한 상태의 물질이 됩니다.
 
정리=강민혜 기자 kang.minhye@joongang.co.kr, 도움말=김선왕 아꿈선 영상팀장·이호준 콘텐트팀장
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