논리적 사고

빨대 윗구멍을 막으면 물은 왜 바로 떨어지지 않을까?

빨대 위쪽의 공기압, 액체 높이, 밀도를 바꾸어 바깥 공기가 액체 기둥을 받칠 수 있는지 계산합니다.

막힌 빨대 위쪽의 낮은 공기압과 아래쪽의 대기압 차가 액체 기둥의 무게를 받치는 관계 그림
막힌 빨대 위쪽의 낮은 공기압과 아래쪽의 대기압 차가 액체 기둥의 무게를 받치는 관계 그림
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그림에서 무엇을 볼까요?

막힌 빨대 위쪽의 낮은 공기압과 아래쪽의 대기압 차가 액체 기둥의 무게를 받치는 관계 그림

물을 채운 빨대의 윗구멍을 막고 들어 올리면 아래 끝에는 바깥 대기압이 작용합니다. 물기둥 위쪽에도 갇힌 공기가 있지만, 물이 조금 내려가려는 순간 그 공기의 부피가 늘고 압력은 바깥보다 낮아집니다. 아래에서 미는 압력과 위에서 누르는 압력의 차가 물기둥의 무게를 받치면 물은 잠시 머뭅니다.

높이 20센티미터인 물기둥을 받치는 데 필요한 압력 차는 약 1.96킬로파스칼입니다. 바깥 압력을 101.325킬로파스칼로 놓으면 위쪽 공기압이 약 99.36킬로파스칼 이하일 때 이 단순 모형에서 물기둥을 지탱할 수 있습니다.

함께 확인할 점

정지한 액체의 압력 차만 계산합니다. 표면장력, 빨대 벽의 젖음, 흔들림, 손가락 틈의 공기 누설은 제외합니다.

생각해 볼 질문

집에서 투명 빨대와 물로 실험한다면, 물기둥 높이와 윗구멍 상태 가운데 무엇을 바꾸고 무엇을 같게 둘지 적어 보세요.

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