마그데부르크 반구 실험

Magdeburg hemispheres (1654)

속을 비운 금속 반구 두 쪽을 말 열여섯 마리가 끌어도 쉽게 떼어 내지 못한 까닭은 무엇일까요?

무슨 일이 일어났나

마그데부르크의 오토 폰 게리케는 닫힌 그릇의 공기를 빼내는 공기 펌프를 만들었습니다. 그는 맞붙인 반구 두 쪽의 속 공기를 빼고, 양쪽에 말을 매달아 끌게 했습니다(Museo Galileo).

Museo Galileo 는 1657 년 많은 시민이 지켜보는 가운데, 양쪽으로 끄는 8 마리씩 두 무리의 말이 있어야 반구를 뗄 수 있었다고 적습니다.

반구 속이 비면 안에서 밀어 주는 공기가 없어, 바깥 공기 압력만 두 쪽을 맞붙여 누릅니다. 시뮬레이터에서 지름 17 cm(반지름 0.085 m) 반구는 2.30 kN 의 힘으로 눌리고, 반지름을 0.25 m 로 키우면 19.9 kN 으로 늘어납니다 — 힘은 반지름의 제곱에 비례합니다.

속 공기를 다 빼지 못해 안쪽 압력이 10 kPa 남으면 힘은 2.07 kN 으로 조금 줄어듭니다. 떼어 내는 힘을 정하는 것은 안팎 압력의 차이입니다.

이름에 붙은 1654 년은 레겐스부르크 제국 의회 공개를 가리키지만, 독일 인물 사전(NDB)은 반구 실험이 그 2 년 뒤에 고안되었다고 적는 등 출처마다 해가 다릅니다.

💡 생활 속 예시

  • 욕실 벽에 붙이는 흡착판 고리는 판 아래 공기를 밀어 내, 바깥 공기 압력이 판을 벽에 눌러 붙이게 합니다.
  • 진공 포장한 쌀이나 원두 봉지가 돌처럼 단단한 것은, 속 공기를 뺀 봉지를 바깥 공기가 사방에서 누르기 때문입니다.
  • 냉장고에서 꺼낸 밀폐 용기 뚜껑이 잘 안 열리는 것은, 안의 공기가 식어 압력이 낮아진 뚜껑을 바깥 공기가 누르기 때문입니다.

누가 왜 찾았나

오토 폰 게리케(1602–1686)는 빈 공간(진공)을 실험으로 다루고 싶었습니다 — 그가 1672 년에 펴낸 책 이름도 «빈 공간에 관한 새 실험» 이라는 뜻입니다. 그는 닫힌 그릇의 공기를 빼내는 공기 펌프를 만들어, 말이 끄는 반구 실험으로 공기 압력의 힘을 보여 주었습니다.

확인된 값

오토 폰 게리케 (Otto von Guericke) 산 해 (NDB)
1602–1686 출처
게리케가 만든 공기 펌프 — 닫힌 그릇의 공기를 뺀다
공기 펌프 출처
게리케가 실험을 묶어 펴낸 책 『Experimenta nova … de vacuo spatio』 (암스테르담)
1672 출처
독일 박물관 소장 시연용 반구 지름 (1760–1806 제작, 게리케 원본 아님)
0.17 m 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 기체의 성질 [9과06-01]
  • 잉글랜드 · KS3 Physics: Pressure in fluids
  • 일본 · 中学校 第2分野 (4) 気象とその変化

출처

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