뭐든지 들어올리는 수압집게 만들기

대결~! 섭섭박사를 이겨라

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공사 현장에 빠지지 않고 나타나는 포크레인은 무거운 돌이나 모래를 퍼다 나르는 역할을 도맡아 해요. 그런데 포크레인에겐 힘을 적게 들이고도 무거운 물건을 옮길 수 있는 비법이 있답니다. 바로 액체를 이용하는 거예요.

1653년, 프랑스의 수학자인 파스칼은 밀폐된 관 안에서 힘을 받은 유체의 압력은 어느 곳에서나 일정하다는 연구 결과를 발표했어요. 이 법칙이 바로 ‘파스칼의 법칙’이죠.

가느다란 피스톤과 그보다 4배 더 굵은 피스톤이 밀폐된 관으로 연결돼 있고, 그 안이 액체로 가득 차 있다고 상상해보세요. 이때 우리가 가는 피스톤에 10만큼 힘을 주어 누르면 반대편에 있는 굵은 피스톤엔 40만큼의 힘이 가해진답니다. 가느다란 관을 채우고 있는 액체나 굵은 관을 채우고 있는 액체에 똑같은 압력이 작용하기 때문에 굵은 관에선 더 큰 힘을 낼 수 있는 거예요. 파스칼은 이런 원리를 발견하고 계산해 이론으로 정리했어요.

파스칼의 원리는 우리 생활 속에 많이 쓰이고 있어요. 특히 큰 힘이 필요한 곳에 사용되고 있죠. 포크레인의 관절 부분이나 자동차 브레이크, 자동차 정비소에 있는 자동차 올림대 등이 대표적인 예랍니다.


STEP 수압집게 만들기

오늘 대결은 수압집게로 물건 들어올리기! 섭섭박사님과의 대결을 펼치기 위해선 먼저 수압집게를 만들어야 해요.

도전자들에겐 직접 조립할 수 있는 수압집게 재료와 도안이 주어졌어요. 손잡이가 될 부분과 집게 양팔을 쇠 단추로 연결한 뒤, 주사기를 케이블 타이로 묶어 주면 조립은 끝! 그뒤 주사기 두 개에 물을 채우면 수압집게 완성!

이때 주사기에 물을 넣는 마지막 과정이 가장 중요해요. 주사기 두 개가 비닐관으로 연결돼 있어서 주사기의 수압이 곧 집게를 움직이는 힘이 되거든요. 밀폐된 주사기와 비닐관에서 파스칼의 법칙이 적용되기 때문이랍니다.

STEP동전을 컵 속으로 골인~!

도전자들은 본격 대결에 앞서 사전 대결을 통해 수압집게를 점검해 볼 시간을 가졌어요. 먼저 종이컵과 탁구공, 골프공 등을 집어 보며 집게가 제대로 작동하는지 확인했죠. 그뒤 동전을 들어올려 컵 안에 넣는 연습을 해 보는 시간을 가졌답니다. 동전은 그 두께가 얇고 무게도 무거워 집게로 들어올리기가 쉽지 않
거든요. 집게가 제대로 작동해야만 동전을 들어올릴 수 있죠.

연습을 마친 도전자들은 주사기에 물을 더 넣어 보기도 하고, 주사기 안에 들어간 공기를 빼내기도 하며 본격적인 대결을 준비했답니다.
 
 
STEP 어과동 캐릭터 뒤집기 한 판~!

연습을 해 보며 수압집게 점검까지 마친 도전자들은 이제 본격적으로 섭섭박사님께 대결을 신청했어요. 드디어 대결 시작~!

도전과제는 ‘어과동 캐릭터 빨리 뒤집기’! 도전자들은 어과동 캐릭터가 그려진 얇은 종이 10장을 수압집게를 이용해 앞면이 보이도록 뒤집어야 했죠. 종이 뒷면에는 이쑤시개가 붙어 있기 때문에, 집게를 정교하게 조절해 이쑤시개를 집는 게 관건이었어요.

도전자들은 두 명씩 대결을 벌여 이긴 사람은 준결승전, 결승전으로 올라가는 토너먼트식 경기를 펼쳤어요. 두 번의 대결에서 이기고 결승전에 올라온 배준형 도전자는 부전승으로 올라온 이원재 도전자를 가뿐히 이기고 드디어 섭섭박사님과 최종 결승전을 치르게 됐답니다.

그런데 이게 웬일일까요? 차분하게 이쑤시개를 집어 올리는 배준형 도전자와 달리 섭섭박사님은 도통 이쑤시개를 잡지 못했어요. 결국 대결은 배준형 도전자의 승리로 끝났죠. 떨지 않고 수압을 미세하게 조절한 것이 우승 비결이었답니다.

2015년 마지막 실험에서 패배한 섭섭박사님은 아쉬운 표정을 감추지 못하셨어요. 대신 내년엔 더 멋진 실험을 준비해 돌아올거라고 약속하셨죠. 과연 내년엔 어떤 실험이 펼쳐질까요? 새해에 새롭게 펼쳐질 섭섭박사님과의 실험도 많이 기대해 주세요~!


































 

글 : 신수빈 기자 sbshin@donga.com
사진 : 신수빈 기자 sbshin@donga.com
어린이과학동아 2015년 24호


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