고무줄에 열을 가하면?
 
 

준비물

  • 고무밴드
  • 헤어 드라이어
  • 눈금 판(뚀는 자)
  • 고무줄에 매달 수 있는 물건
 

실험과 관찰

    1. 고무 밴드를 잘라 1개의 고무줄로 만든다.

    2. 고무줄의 한 쪽 끝을 장난감에 묶는다.

    3. 준비한 눈금 판을 매달고, 그 옆에 장난감을 매단 고무줄로 매단다.

         (예시)
         

    4. 장난감에서 기준이 될 한 높이를 정하고, 그것을 눈금 판에 표시한다.

    5. 헤어 드라이어로 뜨거운 바람을 고무줄에 쐬어 보자.

 
 
 
 

왜 그럴까요?
 

    거의 모든 물체는 가열하면 부피가 커지지요. 물체는 물질을 이루는 분자나 이온 같은 구성입자가 수없이 많이 모여 이루어진 것입니다. 고체 안에서는 이런 분자나 이온과 같은 입자들이 서로를 강하게 끌어당기고 있기 때문에 자유롭게 움직이지는 못하지요. 정해진 자리에서 아주 조금씩 진동만 합니다.
 
 

    고체에 열을 가하면 분자들은 에너지를 얻게 되고 분자의 움직임이 커짐니다. 그러면 분자들은 더 큰 부피를 차지하게 되지요. 따라서 고체의 부피가 커집니다.
 
 

    철로와 철로 사이에 약간의 틈을 남겨 놓는 것도 이런 이유 때문입니다. 여름에 철이 어느 정도 늘어나는 것을 생각하여 남겨놓은 공간입니다.
 
 

그런데 왜 고무줄에 열을 가하면 줄어들게 될까요?
 

그것은 고무 분자의 성질 때문입니다. 고무 분자들은 가늘고 꼬불꼬불한 사슬 모양으로 불규칙하게 뒤엉켜 있습니다.

그런데 고무줄을 잡아당기면 고무의 분자들은 잡아당기지 않았을 때보다 좀 더 규칙적인 배열을 하게 됩니다.

이렇게 잡아늘여진 상태에서 고무줄에 열을 가하면 고무를 이루는 분자들도 움직임이 활발해 집니다. 움직임이 활발해지면 이웃한 분자들과 거리가 가까워질 확률도 더 커지게 되겠지요. 이렇게 분자의 움직임이 커지면서 거리가 가까워지면 서로 잡아 당기는 힘이 크게 작용하기 시작합니다.

그러니까 가열하면 부피가 커지는 금속과는 다르게, 늘어난 고무는 열을 받으면 서로 더 엉키게 되는 것이지요. 이 성질 때문에 늘어난 고무줄에 열을 가하면 길이가 오히려 줄어드는 것입니다.

 

 

 

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