공기는 무게가 있을까?
우리는 항상 공기 속에 둘러싸여 있기 때문에 공기의 무게를 상대적으로 느끼지 못합니다. 마치 물속에 사는 물고기가 물의 무게를 느끼지 못하는 것과 비슷합니다. 공기의 무게는 기압이나 온도에 따라 달라지지만, 공기의 구성을 대략 질소 78 %, 산소 22 %로 보고 계산 하면 22.4 L의 공기의 무게는 약 28.96 g 이고 공기 1 L의 무게는 약 1.29 g 정도이다. 1 기압에서 가로 1 m, 세로 1 m, 높이 1 m인 공간의 공기의 무게는 약 1.29 kg이며 보통 체육관은 넓이는 약 661 m2 정도이고 높이는 6 m 정도이다. 이때 체육관 안 공기의 무게를 계 산하면 약 5,116.14 kg으로 다 자란 어른 코끼리(약 5,000 kg)의 무게와 비슷하다.
눈에 보이지 않는 기체인 공기도 고체나 액체와 같이 무게가 있을까?
체육관 안에 있는 공기의 무게를 알아볼까요? 공기에 무게가 있다고 하는데 평상시 우리는 왜 공기의 무게를 못 느낄까? 공기가 우리를 누르고 있는 만큼 우리 몸속에서도 똑 같은 크기의 압력으로 밖으로 밀어내고 있기 때문이다. 사람들은 공기 중에서 생활하기 때문에 공기의 무게나 압력을 별로 느끼지 못하면서 생활하며, 이는 물속에서 생활하는 물고기가 물의 무게나 압력을 잘 느끼지 못하 는 것과 비슷하다.
공기의 무게를 증명하는 실험
풍선 실험은 바람을 넣은 풍선과 넣지 않은 풍선의 무게를 비교해 보면 바람을 넣은 풍선이 더 무겁다는 것을 알 수 있습니다. 이는 풍선 속에 들어간 공기가 무게를 가지고 있기 때문입니다. 병 실험으로 빈 병과 공기를 빼낸 병의 무게를 비교해 보면 공기를 빼낸 병이 더 가볍습니다. 이는 병 속에 있던 공기가 무게를 가지고 있었기 때문입니다.
바다에서 고체, 액체, 기체를 찾아 볼까?
바다는 물질의 고체, 액체, 기체 세 가지 상태를 볼 수 있는 곳이다. 따라서 바닷물, 산호, 돌, 스쿠버다이 빙 등의 사진이나 영상을 보여 주고 물질의 세 가지 상 태의 성질을 대략적으로 짐작하게 한 다음 탐구 활동을 할 수 있다. 바다에서 볼 수 있는 돌, 자갈, 바닷물, 공 기 방울 등을 통해 각 물질의 차이점을 살펴본 다음 고 체, 액체, 기체의 특징을 적용할 수 있다
고체, 액체, 기체로 분류하기 어려운 물질은?
우리 주변의 물질은 대부분 고체, 액체, 기체로 되어 있으나 고체, 액체, 기체로 분류하기 어려운 물질도 있 다. 대표적인 것으로 에 어로젤(Aerogel)이다. 에어로젤은 무게가 스타 이로폼보다 다섯 배나 가벼운데 이처럼 에어로젤이 가벼운 까닭은 전체 부피의 약 98 %를 공기가 차 지하고 있기 때문이다. 고체의 성질과 공기에 가까운 성질을 동시에 가지고 있어 ‘얼어붙은 공기(frozen smoke)’라고 부르기도 하며, 건축물의 단열 소재, 우 주 탐사선의 소재 등 활용 범위가 넓을 것으로 기대되 는 신소재이다. 텔레비전이나 스마트 기기의 재료인 ‘액정(Liquid Crystal)’도 액체처럼 흐를 수 있지만 액 정 분자는 결정과 같이 일정한 방향으로 배열될 수 있 기 때문에 액정은 기존 액체와 고체 결정의 중간 상태 에 있는 물질이다. 잠수함을 만들 때 사용하는 고체 잠수함이 100 m 수심에 있을 때 1 m2당 100 톤의 압 력을 받게 된다. 따라서 잠수함의 선체는 수압에 견딜 수 있는 특수강(니켈, 크롬, 몰리브덴의 합금)으로 되어 있다.
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