웨더 볼(weather ball) 기압계의 원리

대기는 지구를 뚤러싸고 있는 기체를 말하며, 지표면에서 1,000km 상공까지 뻗쳐 있습니다. 그리고 우리가 생활하는 지표면 근처에 있는 대기를 공기라고 부릅니다.

대기는 자신 안의 물체에 압력을 가합니다. 대기가 물체의 표면에 작용하는 압력을 대기압이라고 합니다.

대기압은 날씨와 밀접한 관계가 있습니다. 일반적으로 대기압이 높은(고기압인) 지역은 맑은 날씨이고, 대기압이 낮은(저기압인) 지역은 흐린 날씨입니다.

그렇다면 대기압은 어떻게 측정할까요? 여기서는 대기압의 변화를 가늠하게 해주는 아주 간단한 기구 하나를 소개합니다. 그것은 웨더 볼(weather ball) 기압계라고 불리는 것으로, 오른쪽 사진과 같은 모습입니다. 간혹 괴테 기압계라고 불리기도 합니다.

이 기압계가 대기압을 알려주는 원리는 무엇일까요? 먼저 기구를 잘 살펴보세요.

기구 안에는 한 덩어리의 물이 있습니다. 그리고 물의 양쪽에는 두 개의 공기 덩어리가 있습니다. 한 덩어리는 동그란 공 안에 갇혀 있습니다. 가지를 채운 다른 공기 덩어리는 대기와 연결되어 있어, 대기의 일부입니다.

여기에서 중요한 한 가지. 한 덩어리의 물에서는 같은 높이의 두 지점에 작용하는 압력이 같다는 점입니다. 만약 그렇지 않다면 이 조건을 만족시킬 때까지 물이 이동합니다.

이것을 웨더 볼 기압계에 적용해보면, 다음 그림의 두 점-분홍과 보라-에 작용하는 압력이 같습니다. 이때 분홍 점에는 갇힌 공기의 압력만 작용합니다. 반면, 보라 점에는 물기둥의 압력과 대기압이 작용합니다.

만약, 오늘 기압계를 보니 가지 쪽 물기둥이 더 위로 올라가 있다면, 대기압은 어떻게 변한 것일까요? 물기둥의 높이가 높아졌다면 물기둥의 압력이 커진 것입니다. 따라서 어제에 비해 대기압이 작아진 것입니다.

(* 이때 가지 쪽으로 물이 올라가면서 공 안의 물이 조금 줄어듭니다. 따라서 공 안의 공기의 부피가 조금 커지고 공 안의 공기의 압력이 조금 작아집니다. 하지만 이 변화는 가지 쪽에서의 변화에 비해 작습니다. 따라서 이 점을 고려하여도 가지 쪽 물기둥이 높아지면 대기압이 낮아진 것이라는 결론은 달라지지 않습니다.)

반대로, 물 기둥이 낮아져 있다면 대기압이 어제보다 더 높아진 것입니다.

다음 동영상은 하룻 동안의 대기압의 변화를 기압계로 보여줍니다.

(* 비디오 출처: Goethe Barometer 24hr timelapse)