달걀이 작은 구멍을 통과할 수 있을까? 신기한 과학 이야기

일상 속에서도 재미있는 과학 원리를 쉽게 체험할 수 있는 방법들이 많습니다. 신기한 과학 이야기! 이번 글에서는 달걀이 작은 구멍을 통과하는 마술 같은 과학에 대한 실제 실험 방법과 그 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

실험 준비

• 달걀의 가로 방향 지름보다 입구가 약간 작은 음료수 병 (소주병이나 콜라 병은 너무 작으며 소형 주스 병 형태가 실험에 가장 적당함)
• 종이
• 성냥이나 라이터
• 껍질을 벗긴 삶은 달걀

실험 방법

1. 종이에 성냥이나 라이터로 불을 붙인 뒤 바로 음료수 병 안에 넣습니다.
2. 껍질을 벗긴 삶은 달걀을 세로 방향으로 음료수 병 입구에 놓아 막아 줍니다.
3. 조금 기다리면 삶은 달걀이 길쭉해지면서 음료수 병 안으로 빨려 들어갑니다.

주의 사항: 음료수 병 입구가 너무 작으면 삶은 달걀이 절대 병 안으로 들어가지 않고 너무 크면 삶은 달걀이 그냥 들어가므로 병 입구에 삶은 달걀이 잘 밀착되도록 적당히 입구 지름이 약간 작아야 됩니다.

또한 성냥이나 라이터로 종이에 불을 붙일 때 반드시 어른의 지도 하에서 주변의 인화 물질을 멀리 치우고 화재에 유의하여 진행합니다.

과학적인 원리

음료수 병 입구보다 직경이 큰 삶은 달걀이 병 안으로 빨려 들어가는 이유는 바로 기압 차이 때문입니다. 음료수 병 안의 기압이 병 바깥의 기압보다 작아지면서 기압차에 해당하는 힘이 음료수 병 바깥쪽에서 병 안쪽 방향으로 발생됩니다.

하지만 음료수 병은 단단하므로 이 힘에 의해 변화가 없지만 탄성이 있는 삶은 달걀에는 이 힘이 고르게 작용하여 길쭉한 모양으로 변형되고 순간적으로 직경이 작아지면서 병 안 쪽으로 빨려 들어가는 것입니다.

삶은 달걀을 이 실험에 사용하는 이유가 탄성 때문에 모양이 비교적 쉽게 변형될 수 있고 표면에 물기가 있어 미끄럽기 때문입니다. 하지만 이 실험 이외의 다른 방법으로는 삶은 달걀을 부수지 않고 음료수 병 안에 넣기가 결코 쉽지 않습니다.

유사하게 탄력이 있어 변형이 될 수 있고 표면이 미끄러운 구형 모양이라면 다른 재질로 실험해도 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

그렇다면 음료수 병 안의 기압이 왜 낮아지는 걸까요?

그것은 종이가 불에 타면서 음료수 병 안의 산소량을 감소시키기 때문입니다. 불에 타는 모든 연소 과정은 산화 과정이고 산화 과정은 산소를 소모하게 되는 것입니다.

우리가 항상 생활하고 있는 공기 중에는 질소와 산소 그리고 나머지 미소량의 다른 기체들이 포함되어 있습니다.

• 질소 (N₂): 약 78%
• 산소 (O₂): 약 21%
• 아르곤 (Ar): 약 0.93%
• 이산화탄소 (CO₂): 약 0.04% 등

따라서 삶은 달걀에 의해 병 안이 밀폐된 상태에서 약 21%의 산소가 연소과정에서 없어지면 음료수 병의 외부보다 기압이 낮아지는 것입니다.

물론 연소과정에서 종이 재와 연기가 발생하지만 소모된 산소의 부피에 비해서 매우 소량이므로 기압 감소에는 거의 영향을 미치지 않습니다.

만약 진공 펌프나 진공청소기를 연결하여 음료수 병 안의 공기를 빼낼 수 있는 배기구가 있다면 이를 통해 병 안의 기압을 낮출 수 있으므로 종이를 태우지 않고도 더욱 쉽게 삶은 달걀을 유리병 안으로 빨아들일 수 있는 것입니다.