관성의 법칙_달걀 실험

방구석 과학실 : 관성의 법칙을 이용한 달걀 실험

편의점 가는 길에 어떻게 하다가 발걸음이 꼬였는데 보도블록이 약간 튀어나온 부분에 걸려서 그대로 넘어졌습니다. 살다 보면 뜻하지 않게 갑자기 이벤트가 일어날 때가 있죠. 핸드폰 액정이 깨지지 않은 것에 감사하며 아무렇지 않은 척 재빠르게 일어났습니다. 넘어진 덕분에 오늘의 주제를 찾았습니다. 길을 걷다 넘어진 이유는 돌은 계속 그 자리에 가만히 있으려 하고 저는 걷던 방향대로 계속 걸으려고 하기 때문입니다. 이것을 관성이라고 합니다. 그릇과 음식이 놓여있는 식탁에서 식탁보만 재빠르게 빼내는 영상 어디선가 본 적 있지 않나요? 식탁보를 빠르게 빼내면 식탁 위에 있는 식기들이 계속 그 자리에 있으려 하는 관성 때문에 식탁보만 빠져나오고 식탁 위 물건들은 그대로 있는 것입니다. 오늘은 주방을 와장창 어지럽히지 않고 비슷한 실험을 진행해 보겠습니다.

 

준비물

물이 담긴 물컵, 삶은 달걀, 휴지심, 하드보드지 혹은 책받침처럼 딱딱하고 평평한 판

 

실험 방법

1. 물이 2/3 담긴 물컵을 준비합니다.
2. 물컵 위에 물컵을 덮을 수 있는 크기의 딱딱한 하드보드지 혹은 책받침을 올립니다.
3. 판 위에 휴지심을 세우고 그 위에 삶은 달걀을 올립니다.
4. 판을 재빠르게 잡아당겨 달걀을 컵 속으로 빠뜨립니다.

 

실험 원리

정지해 있는 물체는 계속 정지해 있으려 하고 움직이는 물체는 계속 움직이려고 합니다. 이러한 성질을 관성이라고 합니다. 뉴턴의 운동 제1 법칙 관성의 법칙은 ‘힘이 가해져 물체의 상태가 변하지 않는 한, 모든 물체는 정지해 있거나 등속직선운동을 하는 상태를 유지한다.’입니다. 쉽게 말해 ‘외부의 힘이 가해지지 않으면 하던 대로 한다.’입니다.

하던 대로 하려는 성질은 무거운 물체일수록 강해집니다. 바닥에서 볼링공을 굴렸을 때와 탁구공을 굴렸을 때 볼링공이 훨씬 더 멀리 굴러갑니다. 그 이유는 볼링공이 탁구공에 비해 무거워서 관성이 더 크게 작용하기 때문입니다. 무거운 물체일수록 관성이 커져서 운동 상태를 바꾸기 어렵습니다. 멈추는 데에 더 큰 힘이 필요하다는 말과 같습니다. 판을 빠르게 빼내면 휴지심보다 무거운 달걀에는 그 위치에 그대로 있으려는 관성이 작용하고 그대로 컵 속으로 퐁당 빠지게 되는 것입니다.

 

실험 시 참고하면 좋은 사항

• 달걀이 깨질 수도 있으니 날달걀보다는 삶은 달걀을 사용하는 것을 추천합니다. 천천히 하면 실패할 확률이 높습니다. 힘이 작용하는 방향으로 딸려오기 때문입니다. 재빠르게 빼내야 달걀이 그대로 있으려는 관성에 의해 컵 속으로 빠지는 것을 관찰할 수 있습니다.
• 휴지심 위의 달걀을 컵 속으로 넣는 것에 성공했다면 휴지심을 두 개 올려서 실험해 보세요. 두 개를 성공했다면 이번엔 세 개를... 하다가 혼날 수도 있으니 뭐든 적당히 하는 게 좋습니다.
• 소주잔 위에 카드를 올리고 그 위에 100원짜리 동전을 올려보세요. 카드를 빠르게 잡아당기거나 손가락을 튕기는 방식으로 카드를 날리고 동전만 잔 속으로 떨어지게 해 보세요. 동전을 잔 속으로 넣는 것에 성공했다면 난이도를 조금 올려봅시다. 네임펜이나 유성 매직의 뚜껑처럼 윗면이 평평한 뚜껑을 구해서 카드 위에 올려보세요. 뚜껑 위에 동전을 올리고 마찬가지로 카드를 빠르게 쳐내 동전을 컵 안으로 넣어보세요.
• 컵이 없다고요? 카드나 쟁반도 없어서 실험이 어렵다고요? 걱정하지 마세요. 동전 한 개만 있어도 관성 실험을 할 수 있습니다. 실험 방법은 이렇습니다. 팔꿈치를 어깨 쪽으로 접고 팔꿈치 끝에 500원짜리 동전을 올려주세요. 손바닥은 하늘을 향하게 해 주세요. 동전을 끝까지 노려보다가 팔꿈치에 올린 동전이 떨어지기 전 재빨리 손바닥으로 동전을 잡아보세요. 성공하셨나요? 간단한 실험이지만 제법 재미있습니다. 아마 한 번에 성공하기는 쉽지 않을 거예요. 동전이 팔꿈치 위 그 자리에 가만히 있으려는 성질을 이용해 재빠르게 잡아보세요. 100원짜리보다 500원짜리 동전이 성공할 확률이 높습니다. 물체가 무거울수록 관성이 커지기 때문입니다. 500원짜리가 100원짜리보다는 질량이 크니 그만큼 관성도 더 커서 재빠르게 움직인다면 잡을 수 있습니다.