실험으로 함께하는  과학놀이

                              강성기 지음 / 도서출판 바른사

제 1 장   공기와 밀도 

5. 날아라 열기구

 

  땅 위에서만 살던 사람들이 처음으로 하늘 높이 올라갔을 때의 기분은 어떠했을까요?

인간이 탔던 최초의 기구는 1783년 프랑스의 몽골피에 형제가 발명한 열기구로 커다란 가죽을 이어 풍선을 만든 후, 버너를 이용해 공기를 데워 띄웠다고 합니다.

우리도 간단한 열기구를 만들어 보면서 푸른 하늘을 날아 봅시다.

              

? 필요한 것은

비닐 봉지, 가는 철사, 셀로판 테이프, 가스 레인지

? 어떻게 할까요?

1. 큰 비닐 봉지 입구에 가는 철사를 둥글게 감는다.

2. 철사를 비닐 봉지에 대고 셀로판 테이프로 붙인다.

3. 한 사람은 둥글게 만든 비닐 봉지의 입구를 잡고, 한 사람은 비닐 봉지의 윗부분을 잡고 가스 레인지 위에 둥글게 펼쳐 올린다(가스 레인지 대신에 막자 사발이나 넓은 대접에 알코올을 묻힌 솜을 올려 놓고 불을 붙이는 방법도 있다. 불을 끌 때는 작은 그릇을 불 위에 덮어서 끄도록 한다)

4. 가스 레인지에 불을 약하게 켜 둥근 비닐 봉지에 따뜻한 공기를 모은다.

5. 비닐 봉지가 점점 부풀어오르고 봉지를 잡은 손이 팽팽해질 때 살짝 놓아 보자.

 

? 왜 그럴까요?

공기를 가열하면 부피가 팽창하여 가벼워지는데 열기구는 기구내의 공기를 가열하여 자신의 무게는 가볍게 하면서 상승력을 얻을 수 있게 한 것입니다.

우리가 만든 열기구도 이러한 온도에 따른 공기의 밀도차를 이용한 것입니다.

비닐 봉지의 입구를 가열하면 봉지 안의 공기가 따뜻해지고 따뜻해진 공기는 부피가 늘어나 밀도가 작아진 공기는 비닐 봉지를 밀고 하늘 높이 올라갑니다.

비닐 봉지의 크기가 클수록, 봉지 안의 온도와 주변 공기의 온도 차이가 클수록, 봉지 자체의 무게가 가벼울수록 뜨는 비닐 봉지의 상승력은 커지게 됩니다.

'물에 잠긴 물체는 물체가 밀어낸 물의 무게만큼의 부력을 받는다'는 아르키메데스의 원리는 공기중에도 그대로 적용됩니다.

비닐 봉지 안 공간의 주변 공기의 무게만큼 부력이 작용하고 비닐 봉지 자체의 무게와 비닐 봉지 내의 공기 무게의 합보다 부력이 커져야 뜨게 되는 것입니다.

알코올을 묻힌 솜에 불을 붙여 비닐 봉지에 매달아 올라가는 방법도 있습니다만, 그것은 위험한 방법이랍니다.