페트병으로 만드는 물시계 실험
Plastic-bottle water clock
페트병 바닥 가까이 작은 구멍을 뚫으면, 빠져나가는 물로 시간을 잴 수 있을까요?
무슨 일이 일어났나
옛 물시계 가운데에는 바닥 가까운 작은 구멍으로 물이 거의 일정하게 떨어지게 하고, 그릇 안쪽 눈금에 물 높이가 닿을 때마다 «시간» 을 읽은 것이 있습니다(NIST).
하지만 물 높이가 낮아질수록 구멍을 미는 물의 압력이 줄어 물이 천천히 빠집니다. 시뮬레이터에서 물을 대 주지 않으면 구멍 물 빠르기가 처음 2.43 m/s 에서 점점 줄고, 눈금 사이 시간이 7.13 초에서 23.9 초로 벌어집니다.
«위 그릇에 물 대기» 를 constant 로 바꿔 물 높이를 늘 같게 하면 눈금을 6.87 초마다 고르게 지납니다. NIST 도 물 흐름은 정확히 다루기 어려워 물시계가 아주 정확할 수는 없었다고 적었습니다.
조선의 자격루도 물받이 통에 물이 차오르면 떠 있는 잣대가 올라가 시각을 알렸습니다(국가유산청).
💡 생활 속 예시
- 모래시계를 뒤집어 놓고 라면이 익기를 기다리는 것도, 흘러내린 양으로 시간을 재는 같은 생각입니다.
- 물이 가득한 욕조 마개를 뽑으면 처음엔 콸콸 빠지다가, 물이 얕아질수록 점점 천천히 빠집니다.
🧪 해 보기
- 500 mL 페트병의 뚜껑을 열어 두고, 바닥에서 2 cm 쯤 위 옆면에 어른이 압정으로 작은 구멍을 하나 뚫습니다.
- 구멍을 손가락으로 막은 채 물을 가득 채우고, 병 옆면에 유성펜으로 처음 물 높이를 표시합니다.
- 싱크대나 큰 쟁반 위에서 손가락을 떼고, 폰 스톱워치를 보며 30 초마다 물 높이를 표시합니다.
- 표시한 눈금 사이 간격이 처음과 나중에 어떻게 달라지는지 자로 재어 적습니다.
- 시뮬레이터에서 «위 그릇에 물 대기» 를 none 과 constant 로 바꿔 보며, 내 병의 눈금 간격과 견줍니다.
- ⚠️ 압정은 어른이 쓰고, 다 쓴 압정은 바로 통에 넣어 둡니다.
- ⚠️ 물은 싱크대 · 쟁반 위에서만 흘리고, 콘센트 · 멀티탭 · 충전 중인 기기에서 멀리 떨어진 곳에서 합니다. 스톱워치로 쓰는 폰도 물이 튀지 않는 곳에 둡니다.
- ⚠️ 바닥에 흘린 물은 바로 닦아 미끄러지지 않게 합니다.
- ⚠️ 어린이는 어른과 함께 하고, 뜨거운 물이 아닌 찬물로만 합니다.
누가 왜 찾았나
NIST 에 따르면 가장 오래된 물시계 가운데 하나는 기원전 1500 년 무렵 묻힌 이집트 파라오 아멘호테프 1 세의 무덤에서 나왔습니다. 이런 그릇은 바닥 가까운 작은 구멍으로 물이 떨어지게 하고 안쪽 눈금으로 시간을 읽었지만, 물 흐름을 정확히 다루기는 어려웠습니다. 조선의 자격루는 물받이 통에 차오르는 물에 뜬 잣대로 시각을 알렸습니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 통합과학1 · 과학의 기초 [10통과1-01-01]
- 호주 v9 · AC9S4U03
출처
이어서 보기
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