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흙탕물을 분리하자|
준비물 |
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실험과 관찰 |
1. 큰 비어커에 물과 흙을 섞어서 흙탕물을 만든다. 2. 흙탕물이 들어있는 비이커를 조금 높은 곳에 올려 놓는다.
3. 두 개의 비이커는 낮은 곳에 놓는다.
4. 길이로 길게 3겹으로 겹쳐놓은 거즈를 2개 준비하여 하나는 물에 적시고 하나는 물을 적시지 않는다.
5. 흙탕물이 들어있는 비이커에 두 개의 거즈를 넣고 거즈의 한쪽 끝은 낮은 곳에 있는 비이커에 각각 넣어 놓는다.
6. 물에적신 거즈와 적시지 않은 거즈에서 흙탕물이 걸러지는 과정을 관찰한다. |
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왜 그럴까요? |
물 속에 유리로 된 아주 작은 관을 넣어보면 유리의 면을 따라서 물이 약간 올라간 모습을 볼 수 있습니다. 이렇게 가는 관의 벽을 따라 물이 올라가는 현상을 모세관 현상이라고 합니다.
그런데 모세관 현상은 왜 일어나는 걸까요? 그것을 이해하려면 두 가지 힘을 먼저 이해해야 합니다.
(1) 응집력: 같은 분자끼리 또는 같은 물질끼리 끌어당기는 힘
(2) 부착력: 서로 다른 분자끼리 또는 서로 다른 물질끼리 끌어당기는 힘
가는 유리관을 통해 물이 위로 올라간 것은 다음 두 가지 조건을 만족하기 때문입니다.
(a) 물의 응집력에 비해 물과 유리 사이의 부착력이 더 크다.
(b) 물의 응집력도 상당히 크다.
이제 물이 가는 유리관을 따라 올라가는 것을 이해하기 위해 어떤 일이 일어나는지 살펴봅시다. 물끼리 보다 물과 유리 사이의 끌어당기는 힘이 크므로 작은 유리관을 물에 담그면 유리 주위의 물이 유리벽에 찰싹 달라붙습니다. 그리고 벽을 따라 계속 올라가려고 합니다. 이때 물의 응집력이 없다면, 유리관 벽에 아주 얇은 막만 생길 뿐 물 덩어리가 올라가지는 않을 것입니다.
그런데 물의 응집력도 상당히 크기 때문에 유리관 안쪽의 물이 유리관 벽에 붙은 물을 꼭 잡고 있습니다. 그래서 벽에 붙은 물이 위로 올라가면 뱍에 붙지 않은 물도 따라 올라가는 것입니다.
하지만 언제까지 높이 올라갈 수는 없습니다. 왜냐하면 중력이 물을 아래로 잡아당기고 있기 때문입니다. 그래서 어느 정도 높이까지 올라간 후 멈추게 됩니다.
관이 가늘수록 유리관 기운데 있는 물에 비해 유리관 벽에 달라붙은 물이 많아지므로, 지구중력은 작은 반면 유리관이 끌어당기는 힘을 더 받을 수 있습니다. 그래서 더 높이 올라갈 수 있습니다.
거즈를 따라서 물이 올라와서 흙탕물과 분리되는 것도 거즈에 있는 구멍들이 작은 관의 역할을 하여 물을 빨아올리기 때문입니다. 물에 적신 거즈를 통해서는 물이 잘 올라오지만, 물에 적시지 않은 거즈로는 물이 올라오지 않습니다. 왜 그럴까요? 바로 물의 응집력의 도움을 얻을 수 없기 때문입니다. 거즈에 있는 물은 다른 물을 끌어당겨서 올라오도록 해줍니다.
물로부터 거즈를 너무 높이까지 세워두면 물이 올라오다 말 수 있습니다. 유리관의 어느 높이에서 물이 올라가는 것을 멈추는 것처럼. 따라서 어느 정도 높이(지구 중력을 이기고 물이 올라올 수 있는 만큼)에서 거즈를 아래로 향하도록 해서 물이 떨어지도록 해주어야 합니다.
물은 이렇게 모세관 현상으로 거즈를 따라 올라 가지만 흙은 거즈와 끌어당기는 힘도 없고 흙끼리 잡아 당기는 힘도 없기 때문에 거즈를 따라 올라오지 못하고 그릇에 그대로 남게 됩니다. 그래서 물과 분리되는 것입니다.
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