가족과 함께 즐기는 물놀이, 얼음 가득 차가운 음료수, 시원한 선풍기 바람… 모두 여름날 무더위를 날려주는 소중한 존재예요. 그런데 더위를 식혀주기 위한 다양한 방법 속에는 신기한 과학 원리가 숨어 있었다는 사실! 

예전처럼 마음 편히 물놀이를 즐기기는 어려워졌지만, 대신 여름날 이곳저곳에 숨겨져 있던 재미있는 과학 원리들을 알기 쉽게 쏙쏙 정리해 줄게요!  

모래는 뜨겁고, 바다는 차가워? ‘비열’의 원리 
무더운 여름날, 호석이네 가족은 해수욕장으로 물놀이를 떠났습니다. 그런데 “앗 뜨거워!” 너무 신난 나머지 맨발로 모래사장에 뛰어들다가 햇빛에 뜨겁게 달궈진 모래를 밟고 만 거예요. 

호석이는 걱정 가득한 목소리로 “바닷물도 뜨거우면 어떡하지? ”라고 중얼거렸어요. 하지만 엄마는 걱정하지 말라고 말씀해 주셨어요. 호석이는 조심스레 바닷물에 발을 담갔습니다. 

그런데, 신기하게도 바닷물은 아주 시원했어요! 왜 같은 장소에서 똑같은 햇빛을 받는 모래와 바닷물의 온도가 다른 걸까요? 

어떤 물질의 온도가 높아지려면 그 물질을 구성하고 있는 분자들이 마구 움직이게 만들어야 돼요. 그러려면 에너지가 필요한데요. 이때 물질이 가진 특성에 따라 온도가 높아지기 위해 필요한 에너지의 양은 달라져요. 

쇠로 된 젓가락은 뜨거운 라면 국물에 3초만 넣었다 빼도 데일 정도로 뜨겁게 달궈지지만, 물은 5초만에 뜨거워지지 않는 것처럼 말이죠. 과학자들이 연구한 결과, 가장 온도를 올리기 어려운 물질은 ‘물’인 것으로 밝혀졌어요. 물 분자들은 아주 친해서 서로 당기고 결합하려는 힘이 크기 때문이에요. 

쉽게 떨어지지 않으려는 물 분자들을 떼어내 활발하게 움직이게 하기 위해서는 더 많은 열이 필요합니다. 바꿔 말하면 웬만한 열을 가해도 물 분자들은 워낙 서로 찰싹 붙어 있으려 하기때문에 온도가 쉽게 올라가지 않는다는 뜻이에요. 

이처럼 어떤 물질 1g의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열의 양(열량)을 ‘비열’이라고 합니다. 그리고 물의 비열은 1로, 그 어떤 물질과 비교해도 가장 크죠. 

같은 온도의 햇빛을 동시에 받았을 때, 물보다 비열이 훨씬 작은 모래는 금방 뜨거워지지만, 물은 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 온도가 올라가지 않고 시원한 상태를 유지할 수 있는 것이랍니다. 

분자(分子) | 각 물질의 화학적 성질을 가진 최소의 단위 

몸집이 커질수록 가벼워지는 ‘부력’의 원리 
바닷물에 몸을 적신 호석이는 해변에서 튜브를 타고 엄마와 함께 물놀이를 즐겼어요. 그런데 문득 호석이는 혼자 수영을 해보고 싶어졌습니다. 그래서 튜브를 벗고 엄마의 손을 살짝 놓았죠. 

앗, 그런데 갑자기 몸이 가라앉는 게 아니겠어요? 엄마는 당황하는 호석이에게 “숨을 크게 들이마셔봐!”라고 하셨습니다. 물속에서 숨을 크게 들이마셔 몸을 부풀리자 호석이의 몸은 금세 떠올랐어요. 어떻게 가라앉던 몸이 떠오를 수 있던 걸까요? 

물에 잘 뜨기 위해서는 ‘부력’이 커야 합니다. 부력은 물체가 물이나 공기 중에서 뜰 수 있게 해 주는 힘을 말하는데요. 물체의 부피가 클수록 부력도 함께 커지는 특징이 있습니다. 큰 부피의 물체가 물을 눌러 아래로 밀수록, 물은 반대로 이 물체를 들어 올리려고 위로 더 밀기 때문이에요.  

우리가 숨을 크게 들이마시면 폐 속에 공기가 가득 채워져요. 그러면서 가슴과 배가 앞으로 나오고 원래보다 몸의 부피도 커집니다. 내 몸이 전보다 커진 부피 로 물을 누르니 물은 더 큰 힘으로 나를 밀어 올려요. 이 부력의 원리를 통해 숨을 크게 들이마셨을 때 더 쉽게 물에 뜰 수 있게 되는 거랍니다. 

찬 음료수에 머리가 띵? ‘열일하는 뇌’ 덕분 
열심히 수영을 하느라 지친 호석이가 파라 솔 그늘 아래 돗자리로 돌아왔어요. 아빠는 호석이에게 얼음이 든 시원한 음료수를 건네주셨죠. 갈증이 났던 호석이는 벌컥벌컥 음료수를 마셨습니다. 

그러자 순간 호석이의 머리가 ‘띵’하며 아파왔어요. “윽, 아빠, 갑자기 머리가 아파요!” 호석이의 말에 아빠는 웃으며 “그럴 수 있지”라고 대답하셨어요. 왜 차가운 음료를 마시자 머리가 아픈 걸까요? 

뇌는 사람의 몸에서 아 주 중요한 기관이기 때문에 온도에 민감한데요. 찬 음료를 빠르게 마시면 뇌는 대동맥 중 하나인 ‘전대뇌동맥’ 혈관을 넓힙니다. 혈관을 통해 따뜻한 피를 뇌로 보내서 뇌의 온도를 유지하려고 하는 거예요. 이렇게 뇌의 혈류량이 급격하게 변하기 때문에 머리가 ‘띵’하는 느낌이 드는 것이죠. 

뇌가 몸을 보호하기 위해 ‘열일’하는 중 나타난 현상이라 이 두통은 건강에 해가 되지는 않는다고 해요. 하지만 일부러 고통을 받을 필요는 없겠죠? 찬 음료도 천천히 마시면 이런 현상을 방지할 수 있다고 하니 목이 마를 수록 마시는 속도를 조금만 늦춰보자고요! 

대동맥(大動脈) | 사람의 몸에서 가장 큰 혈관. 심장과 직접 연결돼 많은 양의 혈액의 통로가 됨 
혈류량(血流量) | 피가 흐르는 양 

땀날수록 시원한 선풍기 바람 ‘잠열’의 원리  
호석이네 가족은 물놀이를 마치고 집으로 돌아왔어요. 시원한 바다 속에서 놀았던 것도 잠시, 집 안의 열기에 다시 땀이 주룩주룩 흐르기 시작했는데요. 호석이는 선풍기를 켜고 그 앞에 땀이 난 얼굴을 가까이 댔어요. “아~ 시원해!” 만족스러워하는 호석이를 보며 엄마는 물어보았습니다. “선풍기 바람을 쐬면 왜 시원해지는 걸까?” 

물은 상태에 따라 에너지, 즉 열의 크기가 달라요. 가장 에너지가 큰 물의 상태는 ‘기체’이고, 그다음이 액체, 고체 순이에요. 대기 중에서 물이 다른 상태로 변화하려면 주위에서 열을 가져오거나, 내보낼 필요가 있습니다. 그래서 물이 상태 변화를 할 때면 주위의 공기가 가열되기도 하고 냉각되기도 해요. 

이렇게 물질이 흡수하거나, 방출하는 열을 ‘잠열’이라고 부른답니다. 땀을 흘렸을 때 선풍기 바람이 더 시원하게 느껴지는 것은, 땀이 증발할 때 피부와 주변 공기의 열을 빼앗기 때문인데요. ‘액체’인 땀이 액체보다 에너지가 큰 ‘기체’ 즉, 수증기가 되려고 주변의 에너지(열)를 쓰다 보니 일어나는 현상이죠.  

엄마는 ‘선풍기 바람은 습한 날일수록 공기 중에 습기가 많아 땀이 쉽게 증발되지 않기 때문에 효과가 떨어진다’라는 사실도 알려주셨어요.“ 오늘은 햇빛이 쨍쨍해서 선풍기 바람이 더 시원한 거네요?” 재미있는 결론에 호석이가 눈을 반짝이며 웃었습니다. 

방출(放出) | 비축해 놓은 것을 내놓음 
잠열(潛熱) | 물질이 기체, 액체, 고체 사이에서 상태 변화를 일으킬 때 흡수하거나 방출하는 열 

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*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=36601
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