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스스로 물마시는 새

저절로 물을 빨아올리고 다시 버리는 과정을 반복하는 ‘물 마시는 새’를 만들어 보면서, 모세관 현상과 사이펀 현상을   이해하고, 구조물의 균형 잡는 법을 익혀보자.

[준비물] 50cm 철사, 10cm 철사, 탁구공, 고무관, 파스퇴르 피펫, 색소

넓은 그릇, 비커, 알콜 램프, 컷터칼, 가위, 순간접착제, 송곳, 라이터, 면장갑

[실험방법]

① 50cm 정도 길이의 철사를 적당한 비율로 구부려 다리부분을 만들어 세운다.

☞ 먼저 반으로 접은 후 구부리면 균형이 잘 맞습니다. 뒷장의 도면을 이용 하세요.

② 파스퇴르 피펫의 긴 모세관 부분을 알콜 램프로 가열해 약 120도 정도 구부립니다. <화상 및 화재 주의, 면장갑착용>

☞ 수평으로 놓았을 때 아래로 내려간 부분이 약 5cm 정도 되게 합니다.

③ 피펫의 끝에서 2cm 정도 되는 곳에 고무관을 2cm정도 잘라 끼웁니다.

☞ 뒤집듯이 끼우면 좀 더 쉽게 끼울 수 있습니다.

④ 고무관을 끼운 중심부분에 가는 철사를 2번 감고, 양쪽으로 2cm 정도씩 남겨 걸 수 있도록 끝을 구부려 줍니다.

⑤ 탁구공을 1/3 가량 동그랗게 잘라 냅니다.<손조심>

☞ 탁구공의 중심선에서 약 0.5cm 정도 위를 연필로 그린 후, 칼로 대충 자르고 가위로 정리합니다.

⑥ 탁구공의 잘려진 부분에서 0.5cm 정도 아래쪽에 위치한 곳에 유리관 굵기의 구멍을 표시하고 뚫습니다.

☞ 구멍을 뚫을 때는 송곳을 달군 후 탁구공에 지그시 눌러주면 뚫립니다.<화상 및 화재, 연기, 냄새 주의>

⑦ 여기에 피펫을 고무관까지 끼우고 순간접착제로 고정시킵니다.

⑧ 유리관 구멍의 반대쪽에는 물이 흘러 나갈 수 있도록 홈을 파줍니다.

☞뒷장의 도면을 이용하세요.

⑨ 500ml 비커에 물을 가득 채우고 유리관에 감은 철사를 다리 부분에 걸어 올린 후 모세관 쪽이 물에 잠기도록 장치합니다.

☞ 물에 색소를 넣으면 물의 이동과정을 살펴보기 쉽습니다.

☞ 유리관에 감은 철사의 위치를 조정하여 무게중심이 잘 잡히도록 합니다.

* 실험 시 주의 사항 *

1. 파스퇴르 피펫을 가열하여 구부릴 때 화재 및 화상을 주의하세요. (면장갑을 착용하세요)

2. 탁구공을 자를 때 칼에 손을 다치지 않도록 주의하세요.

3. 송곳을 가열하여 탁구공에 구멍을 낼 때 화재 및 화상를 주의하고, 연기와 냄새가 나니 직접 흡입하지 않도록 하세요.

4. 한 번에 성공하기는 어렵습니다. 설치에 따라 결과가 달라질 수 있으므로, 탁구공에 파진 홈의 크기와 철사의 위치, 파스퇴르 피펫의 기울기 등 여러 조건을 조절하여 실험해보세요.

[원리 학습]

물은 모세관 현상 때문에 가는 유리관을 따라 이동하고, 중력의 차이에 의한 사이펀 원리에 의해 계속해서 물이 아래로 내려옵니다. 모세관이 가늘수록 물은 더 높이 올라가지만 흡수되는 양이 적어서 물이 탁구공에 담겼다가 흘려보내는 동작 주기가 길어집니다.

주기를 결정하는 물의 속도는 모세관 쪽과 탁구공 쪽의 질량 균형과 모세관 지름에 의해 좌우 됩니다. 잘 움직이게 하려면 모세관의 각도, 윗물의 높이, 다리의 균형, 중심철사의 위치, 그리고 탁구공의 절단정도가 조화롭게 균형을 이루어야 합니다.

[확인학습]

1. 탁구공에 물이 차는 이유는 무엇인가요?

2. 이 실험에서 물 마시는 새가 주기적으로 움직이기 위한 조건을 모두 써보세요.

◈ 물새 몸체 도면 ◈

50cm철사를 반으로 접은 후 윗 그림과 같이 꺽어 줍니다.                     [ 탁구공의 홈 확대 그림 ]

다리부분의 1cm꺽은 곳은 고무관을 끼운 후 꺽습니다.

[느낀점]