공기 무게를 증명할때 실수하기 쉬운 오개념

예전 초등학교 교과서에 보면 공기에 무게가 있다는 것을 증명하기 위해 공기를 넣은 풍선과 공기를 넣지 않은 풍선을 양팔저울에 달아 비교하는 그림이 나온다. (지금도 그런지는 모르겠다)

 

 

과연 공기를 가득넣은 풍선은 더 무거울까?

 

1. 우선 풍선이 아닌 빈 봉지를 가지고 실험해 보자. 실험결과는 빈봉지나 공기를 넣은 봉지나 전혀 차이가 없다.

 

 

이유는 빈봉지에 공기가 들어간 만큼 공기에 의한 같은 크기의 부력이 생기기 때문이다.

이 실험을 진공에서 한다면 공기가 들어있는 비닐봉지 쪽으로 기울어 질 것이다.

 

2. 풍선을 가지고 하면 바람을 불어넣은 풍선이 더 무거울까?

 

 

 

과학실에서 만든 양팔 저울로 가지고 실험한 결과 의미있는 결과를 보기가 어렵다.

 

이론적으로 풍선에 바람을 넣으면 비닐봉지와는 달리 풍선안에 있는 공기가 약간 압축되기 때문에 공기에 의해 생긴 부력보다 약간 더 무거워 진다.

전자저울로 측정해 보면 그 차이는 0.1 - 0.5g 정도 밖에 되지 않는다. 실험하면서 느낀 건데 이 정도의 무게차이는 몸에 생긴 정전기에 의해서도 차이가 나는 아주 미세한 차이다.

 

과학실에서 급조해 만든 간이 양팔저울의 무게와 비교해 보면 풍선의 무게차이는 아주 작다고 볼 수 있다. 그래서 바람이 들어있지 않은 풍선과 바람이 들어있는 풍선의 무게차이가 생겨도 훨씬 무거운 양팔저울입장에서는 너무 작은 차이라 잘 기울어지지 않는 것이다. (비유가 맞을지 모르겠지만 비행기 날개 한쪽끝에 새가 한마리 내려 앉는다고 해서 비행기가 기울어지지는 않는다. 왜냐하면 비행기 전체 무게에 비하면 새 한마리의 무게 차이는 무시할 정도로 작기 때문이다.)

 

가끔 인터넷에 풍선이 아닌 탄성력이 없는 비치볼로 실험하는 장면을 볼 수 있는데 비치볼 안에 공기는 압축하기 어렵기 때문에 비닐봉지로 실험하는 것처럼 무게 차이가 거의 생기지 않을 것이다.

 

축구공이나 농구공에 바람을 넣은 것은 의미가 있다. 축구공이나 농구공 안에는 공기를 훨씬 더 많이 압축시켜 넣을 수 있기 때문이다.

https://youtu.be/cY2_gHpObc8

 

동영상으로 실험해 본 결과 인터넷에 올라온 많은 실험들이 조금 의심이 된다.

풍선을 양쪽에 달아 공기가 무게가 있다는 것을 알아보는 실험은 적절치 않은 것으로 보인다.

 

공기가 들어있는 비닐봉지의 질량이 변하지 않는 다는 것에 대한 설명은 아래링크 참고

http://sciencelove.com/909

공기무게 측정 - 풍선과 가압압축펌프 이용

초간단 공기무게 측정 방법

https://sciencelove.com/2182

초간단 공기 무게 측정하기