[Life Science] (반전주의) 밀폐된 상자 속에서 새가 날면 무게는 어떻게 변할까??

 

 

밀폐된 상자 속에 새가 한 마리 들어 있습니다.

이때 새가 상자 속에서 날게 된다면

이 상자의 무게는 어떻게 변할까요?

 

이 문제를 실험해 보기 위해서는

우선 새가 비행하는 원리를 이해해야 합니다.

새의 비행에는 아주 다양한 기관들이 관여하지만

그중 가장 핵심적인 부위는

비행에 적합하게 진화한 앞다리인 날개 부위입니다.

 

새는 가슴과 어깨 근육이 상당히 발달해 있는데

이 근육들을 이용하여 날개를 아래 방향으로 강하게 내리치면

날개 아랫면이 공기를 아래 방향으로 강하게 밀어내게 되죠.

그러면 이때 그 힘에 대한 반작용으로

공기도 새의 날개를 위 방향으로 밀어내게 되는데

이러한 작용 반작용의 원리에 의해

새의 몸이 하늘로 떠오르는 것입니다.

 

그렇다면 밀폐된 상자에서 날개짓을 하여 비행면

상자의 무게는 어떻게 변할까요?

 

직접 실험해보기 위해 그림과 유사한 저울과 박스를 준비했습니다.

그런데 실제 새로 실험할 수는 없어서

새 대신 드론을 준비했습니다.

 

드론은 날개 대신 프로펠러를 이용해 비행하지만

몸체가 떠오르는 원리는 새와 같습니다.

새는 그림처럼 한 자리에서 날도록 하기 힘들지만

드론은 고도를 유지하며 날 수 있기 때문에

실험에 훨씬 적합해 보입니다.

 

그래서 바로 박스에 드론을 넣고 날려보았는데

생각보다 박스 내부에서 비행시키기가 어려웠습니다.

 

그래서 드론을 여러 개 구입해서 실험해 본 결과

어렵게 실험에 적당한 드론을 하나 찾아냈습니다.

 

이제 진짜로 무게 변화를 관찰해 보기 위해

드론을 상자에 넣고 잘 밀폐해 준 다음

비행 전에 드론이 들어있는 상자의 무게를 재보았습니다.

866.6g이네요.

드론의 무게는 42g 정도 됩니다.

 

여기서 드론이 비행을 하면 무게가 어떻게 변할까요?

드론이 한 곳에 자리를 잡았을 때

무게를 관찰해 보면

놀랍게도 무게가 그대로입니다.

 

왜 이런 결과가 나온 걸까요?

이 결과도 작용 반작용의 원리와 관련이 있습니다.

 

드론이 한 자리에서 비행할 때는

드론의 무게와 똑같은 힘이 아래로 작용하여 유지되고 있는 상황인데

이때 프로펠러의 힘은 그대로 밀폐된 상자에 가해지기 때문에

드론이 상자 내부에서 날고 있더라도

그 무게는 그대로인 거죠.

 

그렇다면 뚜껑이 열려 있다면 어떻게 될까요?

공기가 위로 빠져나가서 무게가 가벼워질 줄 알았는데

더 무거워졌습니다.

 

윗부분을 뚜껑으로 살짝 막아봤을 때

무게가 내려가는 것을 보니

아마 뚜껑이 열려 있으면 프로필러가 윗부분의 공기를 추가로 더 끌고 와서

상자의 무게가 더 늘어나는 것 같습니다.

신기하죠?

 

이렇게 실험을 하다 보면

예상치 못했던 의외의 현상까지 관찰되는 게

정말 재미있는 부분인 것 같습니다.

 

이 밀폐된 상자 실험은

베스트셀러 과학만화 <비커 군> 시리즈를 쓴

우에타니 부부의 신작 <가가씨의 과학 장난감 가게>에 나온 실험을 직접 해본 것입니다.

 

저는 이 도서를 읽어보며

작가님이 저와 굉장히 비슷한 생각을 하는 분이라는 생각을 했습니다.

 

저는 요즘 학생들이

실험이나 관찰 같은 탐구 활동보다는

과학의 이론이나 개념 부분에만 집중하는 것 같아서

아쉬울 때가 있습니다.

 

이론이나 개념은 과학이라는 영화의 결말 같은 부분인데

실험과 관찰 등의 흥미로운 도입부를 모두 생략하고

결말만 암기하다 보니

많은 학생들이 과학에서 흥미를 잃게 되는 것이라 생각하고 있죠.

 

이 때문에 수상한 생선 채널에서는

교과 관련 내용들을 직접 실험으로 보여드리는 영상을 많이 만들고 있는데

이 책도 교과 과정과 관련된 과학 개념들을

실험과 탐구 과정에 중점을 두고 설명하고 있어서

아주 재미있게 읽을 수 있었습니다.

 

이 책은 카이스트의 정재승 교수님도 추천하는 도서이니

과학을 어렵고 재미없는 학문이라 생각하는 친구들에게

꼭 한번 읽어보라고 권하고 싶습니다.

 

이번 영상은 여기까지입니다.