◎ 미리생각해보기

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

커다란 유리 수조에 물을 갈아주려고 해요. 수조를 기울이지 않고 고무호스를 이용해서 물을 뺄 수 있는 방법이 있을까요?

⇒ 어항을 양동이보다 높은 위치에 놓고 고무관 한쪽 끝을 어항 속에 넣은 다음 고무관이 다른 끝을 입으로 조금 빨아 물이 흘러나오도록 하여 양동이에 반대쪽 고무관 끝을 넣으면 물을 쉽게 뺄 수 있습니다. 이것을 사이펀의 원리를 이용한 것으로 어항 속의 물에 대기압이 작용하여 물을 눌러 물이 고무관을 따라 위로 올라갔다가 더 아래쪽에 있는 양동이로 떨어지는 것입니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

이번 실험에 필요한 재료들을 확인해 주세요.

투명컵에 구멍을 뚫을 때에는 글루건을 이용하여 뚫어주는 것이 쉽습니다. 글루건을 미리 준비해주세요.

물을 부을 때 물이 넘칠 수 있으니 한꺼번에 붓지 않도록 이야기 해주세요.

1. 투명컵 2개의 밑부분을 송곳 이나 글루건으로 구멍을 뚫어줍니다. (주의! 가능하면 선생님이 뚫어주세요.)	2. 구부러지는 빨대를 사진과 같이 ‘U'자로 구부려 테이프로 고정시킵니다.

◎ 실험방법

3. 구멍을 뚫어 놓은 컵에 사진과 같이 빨대를 꽂고 고무찰흙으로 구멍을 막아줍니다. (주의! 글루건으로 한번 구멍의 틈을 막아준 후 고무찰흙으로 마무리를 하면 훨씬 실험이 잘됩니다.)	4. 구멍을 뚫어 놓은 다른 컵을 바닥이 서로 마주 보도록 하여 빨대에 끼웁니다. (주의! 투명한 컵 바닥의 구멍을 두 개의 컵을 바닥끼리 마주 대었을 때 구멍이 같은 자리에 오도록 해주세요.)

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 테이프로 컵 2개를 단단히 붙여준 뒤 아래에 구멍을 뚫지 않은 컵을 받쳐줍니다. (주의! 테이프를 붙이기 전에 글루건으로 한번 붙이고 테이프로 감싸주면 더 단단히 붙일 수 있습니다.)	6. 색종이로 컵을 예쁘게 꾸미고 물에 색소를 타서 가장 위에 있는 컵에 천천히 부으며 어떻게 되는가를 관찰합니다. (주의! 물을 부을 때에는 가장 아래의 컵에 물이 넘칠 수 있습니다. 물을 한꺼번에 너무 많이 붓지 않도록 합니다.)

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 물이 더 이상 차오르지 않는 이유는 무엇일까요?

⇒ 오른쪽 그림에서 보는 것처럼 빨대가 물에 잠기면 공기 중의 대기압이 물의 압력보다 작아져서 빨대 안으로 물을 밀어올리고, 물의 응집력에 의해 빨대를 타고 물이 위로 올라갔다가 아래로 떨어지는 것입니다.

2. 화장실 변기에는 물이 항상 고여 있습니다. 또, 물을 내리면 물통에 손을 대지 않았는데 저절로 일정 높이까지 물이 채워집니다. 그 이유는 무엇일까요?

⇒ 화장실 변기에도 사이펀의 원리가 숨어 있습니다. 사이펀은 공기와 물의 압력차이로 작동하는 원리입니다. 높은 곳에 올려놓은 물의 표면에 공기가 누르는 힘이 작용하여 눌러줌으로써 짧은 관속에 있는 물을 밀어 올리게 되고 그러면 액체는 관의 꼭대기까지 올라갔다가 지구가 잡아당기는 중력 때문에 낮은 쪽으로 떨어지게 되는 것입니다. 사이펀은 양 쪽 물의 높이가 똑같아지면 더 이상 물이 움직이지 않습니다. 주유소에서 기름을 옮길 때 사용하는 사이펀 주유기도 마찬가지로 사이펀의 원리를 이용한 것입니다.

◎ 원리이해

1. 사이펀의 원리

⇒ 사이펀(Siphon)이란 대기압을 이용해 높은 곳의 액체를 낮은 곳으로 이동시키는 관, 또는 그러한 작용, 현상 등을 의미합니다.

높은 곳에 위치한 통에 담긴 액체를 아랫쪽으로 구부러진 관을 통해서 수면의 높이 이하로 이동시키면 계속해서 액체가 아랫쪽에 위치한 통으로 이동하게 됩니다.

원리는 베르누이의 원리(유체의 속력이 증가하면 압력이 감소한다.)에 따라 액체가 구부러진 관을 따라서 이동시키면 관 내부의 이동하는 액체의 압력이 대기압 보다 감소해서, 대기압이 높은 곳의 통의 수면을 누르는 효과가 발생됩니다.

그리고 구부러진 관을 통해 흐리는 액체가 높은 통에 담긴 액체의 수면 아래로 내려가게 되면 중력의 영향으로 관 속의 액체는 아랫쪽으로 떨어지게 되고, 관 속의 압력을 대기압보다 더 낮게 유지시켜서 액체가 계속해서 흐를 수 있도록 합니다.

그러다가 높은 통에 담긴 액체의 수면이 관 입구까지 내려가게 되면 액체의 이동이 끝나게 됩니다.

2. 사이펀의 원리 예

⇒ 사이펀 작용이 실제로 쓰이는 곳은 변기의 원리, 계영배 술잔의 원리, 석유 자바라 호스, 배수구 트랩, 사이펀 커피 메이커, 농업 용수 관개, 세탁기 헹굼제(섬유유연제) 투입구, 압력계, 우량계, 등이 있습니다.

가득차지 않는잔

학습목표

사이펀의 원리를 이용하여 물이 가득차지 않는 잔을 만들어봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

커다란 유리 수조에 물을 갈아주려고 해요. 수조를 기울이지 않고 고무호스를 이용해서 물을 뺄 수 있는 방법이 있을까요?

◎ 미리생각해보기

투명컵 3개,  빨대 1개, 종이테이프, 고무찰흙 2개, 식용색소, 색종이 1장

(※ 직접 준비하세요 : 송곳 또는 글루건)

◎ 실험준비물

1. 물이 더 이상 차오르지 않는 이유는 무엇일까요?

2. 화장실 변기에는 물이 항상 고여 있습니다. 또, 물을 내리면 물통이 손을 대지 않았는데 저절로 일정 높이까지 물이 채워집니다. 그 이유는 무엇일까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점