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색깔막 만들기 목록

조회 : 22637 | 2009-02-09


[실험 개요]


스테인드글라스 물감을 이용하여 다양한 색깔 막과 입체 도형을 만들어 본다.




[실험 재료]
스테인드 글라스 물감, 가는 철사




[실험 과정]
1. 가는 철사를 휘어 원하는 모양을 만든다.
2. 스테인드글라스 물감에 넣은 후 꺼내어 말린다.
3. 다양한 모양으로 휘어 예쁜 색깔막 공예품을 만들어 보자.






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[실험 원리]
표면장력은 분자들이 서로 잡아당겨 표면을 최소화하려는 힘이다.
표면장력을 이용하면 최소한의 힘으로 최대면적을 튼튼하게 만드는 장점을 가지고 있다.


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[참고자료]
■ 표면 장력
물, 비눗물, 스테인드글라스 물감과 같은 액체에 철사 줄을 담갔다 꺼내면, 철사줄을 둘러싸며 막이 만들어진다. 이 막은 액체 분자들의 표면 장력 때문에 철사 둘레를 따라 생길 수 있는 면 가운데 가장 작은 극소면이 된다. 액체와 증기 사이의 경계면에서 액체의 표면을 이루고 있는 분자들 사이의 응집력 이 표면적을 증가시키려는 외부의 힘에 대항하여 작용한다.
표면장력의 크기는 단위면적의 표면을 증가시키는데 필요한 에너지 또는 단위 길이 당 작용하는 힘으로 나타낸다. (표는 20℃에서) 






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■ 표면 장력의 감소, 증가
- 물은 일반적으로 표면장력이 큰다. 그 이유는 수소결합을 하기 때문이다. 수소결합을 하여 물분자간의 인력이 강하기 때문에 뭉치게 되어 표면장력이 커지는 것이다.
- 이온성의 염과 같은 용질은 수용액의 표면장력은 순수한 물의 값보다 증가한다. 이는 녹아있는 이온이 이온 쌍극자 인력에 의해 물분자를 용액 내부로 끌어들이는 경향이 있기 때문이다.
- 온도가 높아질수록 표면장력이 감소한다. 이것은 액체의 온도가 올라갈수록 분자들의 움직임이 활발해 지고 그 결과 분자들의 인력이 감소하여 결국 표면장력이 감소하기 때문이다.
- 농도가 높아질수록 표면장력은 감소한다. 이것은 농도가 높아지면 표면에 분자 수가 많아지기 때문에 표면 자유에너지가 감소하기 때문이다.

■ 비누 막과 건축 

 




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1873년 벨기에의 물리학자 플래토(1801~1883)는 다양한 모양의 철사로 비누막 실험을 했다. 정사면체 모양의 철사 틀을 만들어 비눗물에 담가 보았을 때, 정사면체 모양의 비누막이 만들어짐은 물론 그 내부에 놀랍게도 새로운 구조가 만들어졌다. 이때 모든 모서리를 따라 만들어진 비누막은 최소의 넓이를 가지며 정사면체 내부에 굽어진 작은 정사면체 모양을 만들어내었다. 그는 이러한 실험을 통해 비누막이 주어진 경계를 연결하면서 최소 넓이를 갖는 곡면이라는 것을 알았지만 수학적으로 증명하지 못했다. 이를 플래토의 문제(Plateau's Problem)라고 하는데 이 문제를 미국의 수학자 Douglas와 헝가리의 수학자 Rado가 독립적으로 풀어냈다고 한다. 이문제를 통해 더글러스는 1936년 수학의 노벨상이라 할 수 있는 필즈상을 수상했다.

플래토의 실험 이후 건축가들은 놀라운 사실을 발견했다. 플래토의 비누막 실험에서 나타난 역선(力線)을 따라 건축을 할 경우 아주 가늘면서도 압축과 장력에 가장 잘 견디는 튼튼한 구조를 만들 수 있다는 것이다. 최소한의 힘으로, 최소의 부피로, 최대의 강도를 지닌 구조를 만들 수 있는 것이다.
1972년 완공된 독일의 뮌헨 올림픽 경기장은 비누막을 본뜬 지붕으로 잘 알려져 있다. 이 건물의 설계자 프라이 오토와 군터 베니시는 지붕을 설계할 때 실제 축소된 구조물을 이용해 비누막 실험을 했다고 한다.





* 선생님들을 위한 활용 지침
1. 표면장력과 관련된 도입
2. 계발활동시간에 해보기
3. 학교 축제 때 체험 활동으로 구성

* 출처 - 참고문헌
1. 오사카청소년 과학 축전 자료집(2008)
2. http://math.hannam.ac.kr/yoon/article/bubble.htm

|글| 한국교원대학교 김연숙 선생님




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