[선생님이 쓰는 신나는 과학] 필름통으로 즐기는 과학실험

‘디카’(디지털 카메라)와 ‘폰카’(휴대전화 카메라)가 보편화된 세상이어서 기존의 필름 카메라는 구닥다리 신세가 됐다. 하지만 청명한 하늘과 오곡이 여물어 가는 들판풍경이 근사한 가을에는 필름 카메라가 제격이 아닐까 싶다. 게다가 가을을 기록하고 껍질로 버려지는 필름통 몇 개만 있으면 재미난 실험을 할 수 있고, 그 이면에 감춰진 과학원리도 배울 수 있다. 필름통으로 호루라기를 만들어 새소리를 낼 수 있고, 빙글빙글 돌아가는 실타래도 만들 수 있고, 밤을 밝히는 달을 호주머니에 넣고다닐 수도 있으니 가을을 즐기는 멋진 방법이다.

●필름통, 호루라기로 변신

(1)준비물:필름통, 주름 빨대, 스티로폼 공, 칼, 가위, 셀로판테이프.

(2)필름통 끝부분을 네모난 모양으로 잘라낸다.

(3)필름통 중간에 적당한 크기의 구멍을 만든다.

(4)빨대를 구멍과 알맞은 위치에 고정시킨다.

(5)빨대를 통해서 숨을 힘껏 불어넣는다.

필름통으로 멋진 호루라기를 만들 수 있다. 검은색 필름통 1개, 주름이 있는 빨대 1개, 필름통 안에 들어갈 만한 스티로폼 공 1개, 칼, 가위, 셀로판테이프 등이 필요하다.

먼저 필름통 끝을 길이 2㎝×폭 0.5㎝ 정도의 네모난 모양으로 잘라낸다. 필름통 가운데 부분에 4∼5㎜ 정도의 구멍이 생기도록 가장자리 트인 부분을 셀로판테이프로 붙여서 막는다. 이 부분은 빨대의 지지대로 이용되기 때문에 테이프가 떨어지거나 움직이지 않도록 튼튼하게 붙여야 한다.

빨대의 주름이 있는 끝 부분을 칼이나 손끝으로 눌러 납작하게 만든 뒤 필름통의 구멍에 빨대를 살짝 올려놓는다. 구멍에 바람을 불어 넣으면서 가장 맑은 소리가 나는 위치를 찾아 셀로판테이프로 빨대를 고정시킨다. 빨대를 통해 불어넣는 숨이 필름통 구멍의 안쪽과 바깥쪽으로 정확히 나뉘도록 하는 것이 가장 중요하다.

특히 필름통 안에 스티로폼 공을 넣고 손가락이나 손바닥으로 필름통 입구의 크기를 조절하면서 불면 높낮이가 다른 호루라기 소리를 얻을 수 있다. 또 스티로폼 공을 빼고 불면 새소리를 흉내낼 수도 있고, 좋아하는 곡을 연주할 수 있는 피리가 되기도 한다.

이것은 빨대를 통해 불어넣은 바람이 필름통 안에서 공명을 일으켜 소리가 나는 것이다. 입으로 분 바람은 필름통 안과 밖으로 나뉘고 이때 필름통의 안쪽으로 들어간 공기가 만드는 소용돌이가 필름통 안의 공기를 울려 소리를 만들어 낸다.

●필름통, 실타래를 세우다

미세한 바람에도 힘없이 넘실대는 실타래를 곧게 세워볼 수는 없을까. 이번에도 필름통 1개와 주름이 있는 빨대(직경 6㎜), 가는 빨대(직경 4㎜), 실, 송곳을 준비해 보자.

(1)준비물:필름통, 주름 빨대, 가는 빨대, 실, 송곳.

(2)필름통 뚜껑에 빨대를 꽂을 구멍 2개를 뚫는다.

(3)빨대를 꽂은 뒤 접착제 등으로 틈새를 없앤다.

(4)필름통 바닥에 구멍을 뚫어 가는 빨대를 끼운다.

(5)빨대에 실을 넣은 뒤 숨을 불어넣는다.

우선 필름통 뚜껑의 중심과 주변에 빨대가 들어갈 만한 크기의 구멍 2개를 뚫는다. 주름이 있는 빨대를 2개로 자른 뒤 주름이 없는 쪽을 중심 구멍에 4㎝ 정도 찔러 넣고, 주름이 있는 쪽은 주변 구멍에 넣는다. 공기가 새어나오지 않도록 접착제나 고무찰흙으로 틈새를 없애는 것이 좋다. 필름통 바닥의 중심에도 구멍을 뚫어 가는 빨대를 2㎝ 정도 잘라 끼운다. 가는 빨대가 굵은 빨대 속으로 들어갈 수 있도록 중심을 잘 맞춰 필름통 뚜껑을 닫는다. 여기에 80㎝ 정도의 실을 필름통 중심에 꽂은 빨대 속에 끼우고 매듭을 지어 묶는다.

주름이 있는 빨대에 숨을 불어넣으면 실이 솟아올라 필름통 속을 빙글빙글 도는 모습을 확인할 수 있다. 이같은 현상은 기체나 액체와 같은 유체는 좁은 통로를 흐를 때 속력이 빨라지고, 넓은 통로를 흐를 때 속력이 느려진다는 ‘베르누이의 정리’로 설명할 수 있다.

필름통에 입김을 세차게 불어 넣으면 굵은 빨대와 가는 빨대 사이의 틈으로 공기가 들어가 구멍이 큰 위쪽으로 빠져나간다. 베르누이의 정리에 따르면 공기가 빠르게 움직이는 위쪽은 아래쪽에 비해 기압이 낮다. 따라서 빨대 속에는 아래에서 위로 향하는 공기의 흐름이 생겨 실을 밀어올리는 것이다.

만약 필름통을 거꾸로 하여 입김을 불어넣으면 실은 반대 방향으로 돌게 된다.

●필름통,‘호주머니 속의 달’

뚜껑이 있는 반투명 필름통 2개, 검정색 전기테이프, 동그라미 모양의 컬러스티커를 준비해 보자. 우선 필름통 바닥을 서로 맞대고 전기테이프로 단단히 고정시킨다. 이어 필름통 양쪽 끝에 각각 노란색 스티커를 붙인다.

(1)준비물:필름통(2개), 검정색 전기테이프, 컬러스티커.

(2)필름통 바닥을 맞대고 전기테이프로 고정시킨다.

(3)필름통의 정해진 위치에 컬러스티커를 붙인다.

(4)손가락으로 필름통을 누르듯이 튀겨 회전시킨다.

(5)필름통에 붙인 스티커의 모양 변화를 확인한다.

이때 한쪽 끝에는 노란색 스티커 2개를 서로 반대편에 붙이고, 다른 한쪽에는 보름달·반달·초승달 등의 모양으로 스티커를 오려 일정한 간격으로 붙인다. 필름통 중간에는 초록색이나 파란색 스티커를 몇 개 붙여 지구처럼 꾸며준다. 필름통 뚜껑에 손가락을 대고 누르듯이 튀겨 필름통을 회전시키면 마치 우주에서 지구와 달을 내려다보는 듯한 느낌을 받게 된다. 필름통의 어느 부위를 튀겨 주느냐에 따라 보름달이나 달의 모양이 변하는 모습을 볼 수 있다. 처음에는 필름통을 눌러도 잘 돌지 않지만 여러번 시도하다 보면 능숙하게 필름통을 튀길 수 있으며 규칙도 알게 된다.

김연숙 인천 부평고 교사

그럼 이같은 현상은 왜 나타날까. 필름통을 손가락으로 눌러 회전시키면 필름통은 가로축을 중심으로 하는 회전 운동과 그 축과 함께 큰 원을 그리는 회전 운동을 동시에 한다. 두 가지의 회전 운동을 합하면 손가락으로 눌러 준 쪽과 반대쪽은 서로 다른 운동을 한다.

즉 손가락으로 눌러준 쪽은 두 회전 운동의 방향이 반대가 되어 회전 속력이 감소하고 반대쪽은 두 회전 운동의 방향이 같으므로 회전 속력이 빨라진다. 따라서 손가락으로 눌러 준 쪽은 반대쪽보다 느리게 회전하기 때문에 스티커가 잘 보이고 반대쪽은 빠르게 회전하므로 보이지 않는 것이다.



김연숙 인천 부평고 교사