세상 뭐든, 물리 2 : 물성.열.파동

들어가며

1. 우리는 하나? | 2. 안 보이는 물질이 있다고? | 3. 물질도 스트레스를? | 4. 거대한 킹콩이 힘이 없을 거라고? | 5. 아프리카코끼리는 귀가 커 | 6. 나도 못이 박힌 침대에 맨살로? | 7. 기린 심장은 강심장 | 8. 체중 말고 부피를 줄여야 | 9. 뜨려 할 땐 가라앉고 가라앉으려니 자꾸 뜨고 | 10. 32평에 공기가 300kg이나? | 11. 풍선처럼 공중부양을? | 12. 우산이 뒤집어지는 이유 | 13. 비행기, 베르누이인가 뉴턴인가? | 14. 체온계는 작아야? | 15. 섭씨, 화씨, 란씨 | 16. 사과파이 먹을 때는 조심 | 17. 어느 쪽으로 늘어날까? | 18. 수영복 입고 스케이트를? | 19. 사우나 온도가 100℃? | 20. 더운 공기는 올라가는데 춥다고? | 21. 효율적인 찻잔 고르기 | 22. 한여름 낮, 차 안에서 홀로? | 23. 드라이아이스 기체를 봤다고? | 24. 습할수록 무더운 여름 | 25. 튀김기름이 끓는 것이 아니라고? | 26. 일하고 열 받으면 본전 | 27. 영하 30℃ 상공에서 에어컨을? | 28. 엔트로피는 에너지 흐름의 가이드 | 29. 자동차엔진을 도자기로? | 30. 에어컨으로 난방을? | 31. 앉을 곳이 하나밖에 없다면? | 32. 모기 소리의 진동수 | 33. 무인단속카메라의 원리 | 34. 슈퍼맨의 충격파는 어디에? | 35. 낮말은 새가, 밤말은 쥐가 | 36. 바람 때문에 다리가 무너졌다고? | 37. 통 없는 바이올린 | 38. 에밀레종의 비밀 | 39. 조가 바뀔 때마다 조율을? | 40. 10배 세면 1, 100배 세면 2?

바리 액체와 마찬가지로 기체도 물체에 압력을 가하는데, 공기 중에 있는 우리나 주변의 물체들은 모두 공기에 잠긴 상태잖아? 따라서 공기 중의 물체의 밀도가 만일 공기의 밀도보다 크다면 떠오르지 못하고 바닥에 떨어져 있는 거고, 공기밀도보다 작다면 떠오르는 거지.
민준 아하~ 우린 모두 공기 중에 잠긴 상태로 사는 거네요. 그럼 놀이동산에서 파는 풍선에는 공기밀도보다 작은 밀도의 기체가 들어 있다는 거네요? 제가 내쉰 숨은 밀도가 크고 말이죠?
서연 놀이동산에서는 파는 풍선에는 헬륨가스를 넣는다고 들은 적 있어요.
바리 그래. 헬륨기체는 공기보다 밀도가 낮아서 놓치면 하늘 높이 날아가버리지. 공기에 의한 부력은 공기밀도에 비례하니까, 부력이 풍선의 무게보다 더 클 것 아니겠어?
민준 우리가 내놓는 숨(날숨)에는 이산화탄소가 많아서 무거운 건가요? 산소를 마시고 이산화탄소를 내놓는 거니까요.
바리 맞아. 사실 우리가 마시는 공기에는 질소가 가장 많고 다음이 산소고 이산화탄소는 조금 있는데, 우리가 내놓는 숨에는 산소는 줄어들고 이산화탄소는 늘어나지.
/ 11. 풍선처럼 공중부양을?

바리 물은 항상 표면부터 얼지? 왜 물은 표면에서부터 얼까? 바닥부터 얼지 않고?
서연 그거야 물 표면과 닿고 있는 공기가 차가우니 표면의 물분자만 얼음이 되는 것 아니에요? 물속까지 온도가 내려가려면 힘들잖아요.
바리 그렇게 단순하지 않아. 우리 동네 호수가 어는 과정을 예로 생각해보자. 호수의 평균온도가 10°C 고, 바깥 기온은 영하 5°C 라고 하고 말이야. 네 말대로 표면에 있는 물의 온도는 떨어지겠지. 예를 들어 물의 온도가 10°C 에서 9°C 로 떨어졌다고 생각해봐. 9°C 물은 계속 표면에 있으면서 온도가 떨어질 수 있을까?
민준 9°C의 물이 표면에 있을 수 없다는 뜻으로 들리는데 왜 그렇죠?
바리 온도가 떨어졌을 때 밀도가 어떻게 변하는가를 생각해보란 것이었어. 9°C 의 물은 10°C 의 물보다 밀도가 커서 표면에 있지 못하고 10°C 물 밑으로 내려가게 돼. 그럼 표면은 10°C 물이 되고 이것이 식어서 다시 9°C 가 되면 또 밑으로 내려가고. 그래서 결국 호수 전체가 9°C 가 될 때까지 이 과정을 반복하고 말이야.
서연 아하, 그럼 9°C 물은 다시 영하 5°C 의 바깥 공기 때문에 8°C가 되고 8°C 물의 밀도는 9°C 물의 밀도보다 커서 밑으로 내려가고 해서 다시 호수 전체가 8°C 가 되겠네요.
바리 그렇지. 그런 식으로 계속 호수의 온도가 내려가 전체가 4°C가 되겠지? 그럼 어떤 일이 벌어질까? 호수의 평균온도는 계속 4°C에서 3°C로 떨어질까?
민준 음… 4°C 물은 가장 밀도가 크다고 했으니까 호수 표면의 온도가 3°C 로 떨어져도 이제는 4°C 물 밑으로 내려가지 못하겠군요. 호수 전체가 가장 밀도가 큰 4°C 면 표면에 있는 3°C
물의 밀도는 4°C 보다 작다는 뜻이니까 그냥 떠 있어야 하잖아요.
바리 바로 그거야. 호수의 온도가 모두 4°C 가 되면 호수의 표면 온도만 3°C , 2°C , 1°C 로 계속 떨어져 결국 0°C 가 되면 얼기 시작하는 거지. 만일 물의 온도가 4°C 보다 낮을 때도 계속 밀도가 커진다면 결국은 호수 바닥부터 얼게 될 텐데 말이야.
서연 아하, 그래서 바닥부터 생기는 얼음에서 스케이트를 타려면 수영복을 입어야 한다고 하신 거군요. 천만다행인데요.
/ 18. 수영복 입고 스케이트를?