과학 이야기

하루 3분 과학 · 14화 · 초등 저학년~중학년 · 4분

물 컵을 종이로 덮어 뒤집으면 왜 안 쏟아질까

컵에 물을 가득 채우고 도화지 한 장으로 컵 입구를 덮어 보세요. 손바닥으로 종이를 살짝 누른 채 컵을 거꾸로 뒤집습니다.

손을 조심히 떼어 보세요. 종이가 툭 떨어지고 물이 쏟아질 것 같지요. 그런데 종이는 컵에 딱 붙은 채 떨어지지 않아요.

물도 한 방울 새지 않아요. 컵을 거꾸로 들었는데 안의 물이 그대로 버티고 있는 거예요.

왜 이런 일이 벌어질까요? 종이를 누르는 힘이 따로 있는 것도 아닌데 말이에요.

사실 우리 주변 공기는 사방을 누르고 있어요. 이 힘을 '공기의 압력', 줄여서 기압이라고 불러요.

기압은 생각보다 훨씬 세요. 손바닥만 한 면적을 누르는 공기의 무게가 어른 한 명의 몸무게와 맞먹는다고 해요.

다만 우리 몸속에도 똑같은 세기로 공기가 차 있어서 안팎의 힘이 서로 맞서요. 그래서 평소엔 눌리는 느낌이 전혀 없는 거예요.

컵을 뒤집으면 종이 바깥쪽, 그러니까 아래에서 공기가 종이를 위로 밀어 올려요. 그 힘이 물의 무게보다 세요.

그래서 종이는 눌린 채 버티고 물도 못 내려와요. 컵 안쪽은 물이 가득 차 있어 공기가 들어갈 틈이 없거든요.

1654년 독일의 오토 폰 게리케라는 학자가 이 힘을 크게 보여 줬어요.

그는 커다란 반구 두 개를 맞붙이고 안의 공기를 뽑아냈어요. 그러자 양쪽에 말 여덟 마리씩을 매달아 당겨도 반구가 떨어지지 않았대요.

안에 진공을 만들면 바깥 공기가 그만큼 세게 밀어붙인다는 걸 보여 준 실험이에요.

우리 컵 실험도 원리는 같아요. 다만 컵 안은 진공이 아니라 물로 꽉 차서 공기가 들어올 틈이 없는 거예요.

종이 대신 촘촘하지 않은 얇은 그물을 덮으면 어떻게 될까요. 그물 사이로 공기가 드나들어 물이 그대로 쏟아져요.

컵 옆면에 작은 구멍이 하나만 나 있어도 실패해요. 그 틈으로 바깥 공기가 들어와 미는 힘이 사라지거든요.

빨대로 물을 마실 때도 비슷한 힘이 숨어 있어요. 입안 공기를 빨아들이면 바깥 공기가 물을 밀어 올려 주거든요.

문어 다리의 빨판이나 유리창에 붙는 고무 흡착판도 같은 원리예요. 안쪽 공기를 없애 바깥 공기 힘으로 딱 붙는 거예요.

청소기가 먼지를 빨아들이는 것도 이 힘을 이용해요. 통 안의 공기를 빼내면 바깥 공기가 먼지를 밀어 넣어 주는 셈이거든요.

작은 종이 한 장이 말 열여섯 마리도 못 뗀 힘의 일부를 막아 낸다니 신기해요. 그렇다면 컵이 훨씬 커지면 종이는 계속 버틸 수 있을까요?