무지개 물 탑 쌓기
 
 

준비물

  • 종이컵 7개
  • 설탕
  • 찻숟가락
  • 수성 그림물감 (또는 식용색소)
  • 스초이트 또는 물약병 (병원에서 물약을 담아주는 병)
  • 투명하고 폭이 좁은 긴 유리병
 

실험과 관찰

    1. 종이컵 7개에 같은 양의 물 (30ml)을 넣고 각각 번호를 붙인다.

    2. 번호 순서대로 설탕의 양을 일정하게 증가시키며 녹인다.
        컵 1 : 물
        컵 2 : 물 + 설탕 1 숟가락
        컵 3 : 물 + 설탕 2 숟가락
        컵 4 : 물 + 설탕 3 숟가락
        컵 5 : 물 + 설탕 4 숟가락
        컵 6 : 물 + 설탕 5 숟가락
        컵 7 : 물 + 설탕 6 숟가락

    3. 1 번 컵부터 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색의 순서로 물감을 타서 무지개 용액을 만든다.

    4. 유리컵에 제일 먼저 7번의 보라색 설탕물을 적당히 넣는다.

    5. 다음 색깔의 6번 남색 설탕물을, 스포이드를 이용하여 컵의 벽을 따라 천천히 흘러내리도록 조심스럽게 넣어준다.

    6. 다음 색깔의 설탕물도 같은 방법으로 쌓아서 무지개 물 탑을 만들어 보자.
 
 
 
 

왜 그럴까요?
 

    물의 밀도는 대략 1g/mL(또는 1kg/L)입니다. 물 1mL는 1g, 또는 1L는 1Kg이라는 의미이지요. 그러면 물에 설탕을 10g섞어서 설탕물 100g을 만들면 밀도는 얼마일까요?

    위의 그림으로부터 설탕 10g을 포함하는 설탕물 100g의 밀도는 대략 1.1g/mL라는 것을 알 수 있습니다.

    밀도 = 물질의 질량 / 물질의 부피

    이므로 이 설탕물 100mL에는 설탕+물이 110g 정도 들어 있다는 뚯입니다.
 
 

100mL 물에 설탕 10g을 더했는데도 부피는 그대로 100mL예요???
 

    그렇습니다. 물 100g(100mL)에 설탕 10g을 넣었을 때 부피가 110mL라면

    밀도 = 110g / 110mL = 1

    로 물과 같겠지요. 그런데 100g(100mL)의 물에 설탕 10g을 넣으면, 질량은 10g만큼 커지는데, 부피는 거의 그대로입니다. 그래서 설탕물의 밀도가 물보다 큽니다.
 

설탕이 분명히 들어갔는데도 어떻게 부피가 늘어나지 않을 수 있지요?
 

    그것은 물을 이루는 물분자들 사이에 빈 공간이 있기 때문입니다. 절대 우리 눈으로 볼 수는 없지만.

     

     

    설탕 분자들이 물에 녹을 때 이 빈 공간을 채우면서 녹아들어 가기 때문에 부피는 질량에 비해 작게 늘어납니다. 따라서 설탕물의 밀도를 대략적으로 계산할 때에는 설탕을 넣어도 부피는 변하지 않는다고 가정하여도 괜찮습니다.

    이 실험에서 만든 용액들의 밀도를 대략적으로 계산해볼까요?
 

 

    밀도는 물질 고유의 특성으로서, 물체가 뜨고 가라앉는 것을 결정하는 요인입니다. 밀도가 클수록 아래로 가라앉고, 밀도가 작을수록 위로 뜹니다. 설탕 용액이 진할수록 밀도가 크고, 아래로 가라앉는 성질이 더 큽니다. 그래서 이번 실험에서처럼 보라-남-파랑-초록-노랑-주황-빨강의 순으로 쌓을 수 있었던 것입니다.

    설텅과 물은 시간이 오래 지나면 전체적으로 농도가 같아지도록 섞입니다. 하지만 그렇게 되기까지 시간이 걸립니다. 따라서 여러 진하기의 설탕물을 층으로 쌓을 수 있습니다.
 

 

     

빨간색을 가장 밑으로 오도록 하고 싶다고요?
그러면 설탕이 가장 많이 들어간 컵에 빨간 물감을 풀고 설탕을 섞지 않은 물을 보라색으로 만들어서 쌓아보세요.
주의사항!   이렇게 하고 싶으면 빨간색을 제일 먼저 컵에 넣으세요.

 

 

 

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