오늘은 아이들에게 마술과도 같은 현상을 보여줄 수 있는 실험을 소개해보려고 합니다. 바로 좁은 입구의 병 속으로 절대 들어가지 않을 것 같은 계란을 넣어보기 실험입니다. 계란과 불, 그리고 좁은 입구의 유리병만 있다면 아이들과 함께 아주 신기한 경험을 할 수 있으니 이 글을 읽고 바로 실험해 보세요!
1. 좁은 입구의 병 속에 계란 넣기 실험 준비물
- 껍질을 벗긴 완숙 계란 (여러 번의 실험을 하고 싶다면 여러 개를 준비)
- 입구가 계란보다 작은 유리병
- 성냥이나 라이터
- 종이
- 빨대
2. 좁은 입구의 병 속에 계란 넣기 실험 과정
실험을 진행하기에 앞서 이 실험은 불을 사용하는 실험이므로 꼭 어른이 함께 해야 한다는 점을 명심해 주세요. 아이가 성냥이나 라이터를 사용해 불을 붙이거나 종이를 태우게 하는 행위는 매우 위험할 수 있습니다. 또한 만일의 경우를 대비해 가정용 소화기를 근처에 비치해 두는 것을 추천합니다. 주의사항까지 숙지를 했다면 계란을 완숙 형태로 삶아 껍질을 벗겨주세요. 그런 다음 종이 조각을 잘라줍니다. 종이 조각의 크기는 준비한 유리병 속에 쉽게 들어갈 수 있을 만큼 좁고 길어야 좋습니다. 특히 종이 조각의 길이는 병 아래로 쭉 들어갈 만큼 길어야 합니다. 삶은 계란과 종이 조각이 준비되었다면 종이 조각 끝에 성냥이나 라이터를 사용해 불을 붙여 주세요. 그리고 불이 붙은 종이 조각을 유리병 안에 넣어주세요. 불이 붙은 종이 조각이 안에 들어가 따뜻해진 유리병 위의 좁은 입구에 완숙 형태의 삶은 계란을 빠르게 올려놓습니다. 여기까지가 실험의 과정이고 그다음엔 절대 들어갈 것 같지 않은 크기의 계란이 병 속으로 쏙! 들어가는 것을 지켜보면 됩니다.
3. 좁은 입구의 병 속에 계란 넣기 실험의 과학적 원리
이 실험은 유리병 내외부의 압력 차이로 인해 가능한 원리입니다. 마치 계란이 병 속으로 빨려 들어가는 것처럼 보이죠? 하지만 병이 계란을 흡입하는 형태는 아닙니다. 단지 고압이 저압을 이기는 현상일 뿐입니다. 공기압은 다음과 같은 이상기체 법칙을 따르는데요. PV=nRT 즉, 압력(P)*부피(V)=몰수(n)*기체상수(R)*온도(T)의 공식이 적용될 수 있습니다. 이것은 유리병과 같은 고정된 환경에서도 온도가 올라가면 압력도 함께 올라간다는 것을 증명할 수 있는 공식입니다. 즉, 실험이 시작되면 병 내부의 기압과 병 외부의 기압이 동일하기 때문에 계란은 움직일 수 없습니다. 하지만 병 안의 종이가 타면서 온도가 올라가고 압력도 높아지게 됩니다. 계란을 병 입구에 올려놓았을 때 병이 약간 밀봉되지만 여전히 높은 압력으로 인해 병 밖으로 공기가 빠져나갈 수 있습니다. 이것이 병 입구에서 계란이 약간 흔들리는 이유입니다. 그러나 병 밖으로 공기가 모두 빠져나가면 타고 있는 종이는 산소가 고갈되어 더 이상 타지 않습니다. 그래서 불꽃이 꺼지게 됩니다. 그리고 불꽃이 꺼지면 병이 냉각되고 유리병 속의 온도가 내려갑니다. 압력도 마찬가지입니다. 갑자기 병 외부의 압력이 병 내부의 압력보다 높아지면서 그 순간 계란이 병 속으로 쏙 들어갈 수 있는 것입니다. 높은 압력이 낮은 압력을 이기고 공기가 계란을 병 안으로 밀어 넣었기 때문입니다.
4. 병 속에 들어간 계란을 다시 꺼내보기 TIP
온도에 의해 병 내외부의 압력 차이를 만들어 들어가지 않을 것 같았던 달걀을 병 속에 넣었었죠. 그렇다면 이제는 계란을 다시 꺼내봅시다. 유리병을 뒤집고 흔들어보아도 계란이 쉽게 나오지 않을 거예요. 그렇다고 젓가락이나 집게 같은 도구를 사용한다면 계란이 온전한 형태를 유지하지 못하겠죠? 그렇게 억지로 꺼내려고 한다면 실험을 모두 마친 이후에 정리하기도 어려울 거예요. 그러니 이번엔 베이킹소다와 식초를 준비해 주세요. 계란을 다시 꺼내는 방법은 아주 간단합니다. 이전에 화산폭발 실험을 했을 때와 원리가 같아요. 유리병 속에 베이킹 소다와 식초를 함께 넣고 계란이 병 입구를 막을 수 있게 뒤집어주세요. 그러면 화산폭발 실험 때와 마찬가지로 유리병 안쪽이 부글부글 끓어오를 겁니다. 조금만 기다리면 유리병 속에서 발생한 이산화탄소가 계란을 밀어내면서 계란이 유리병 밖으로 나오는 것을 보실 수 있습니다. 다만, 이렇게 실험에 사용된 계란은 먹지 말고 음식물 쓰레기 처리를 해주셔야겠죠?
아이들과 함께 이번엔 신기한 마술과도 같은 좁은 유리병 속에 계란 넣기 실험을 해봤습니다. 집에서 간단하고도 재밌게 실험해 보시고 그 속에 담긴 과학적인 원리도 쉽게 설명해 주세요. 가랑비에 옷 젖듯 아이들의 과학적 지식도 쑥쑥 자라날 거예요!
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