‘도날드덕 효과’ 만드는 헬륨의 성질 
놀이공원에 가면 볼 수 있는 알록달록 예쁜 모양의 헬륨 풍선! 예능 프로그램에서 풍선 속 헬륨가스를 마시고 웃긴 목소리를 내는 상황을 본 적 있을 거예요. 헬륨 풍선을 마시면 왜 이상한 목소리가 날까요? 이 현상에는 신기하고 재미있는 과학적 원리가 숨어있답니다. 그 비밀을 함께 풀어 봐요~!    

사람마다 다른 ‘목소리’의 비밀  
사람의 목소리는 폐에서 나오는 공기가 성대를 지날 때의 떨림으로 만들어집니다. 그 떨림을 진동이라고 하는데요. 사람마다 목소리가 다른 이유가 바로 여기에 있어요. 성대의 진동이 저마다 다르기 때문이에요. 진동의 수 는 소리의 높낮이를, 진동의 폭은 크기를, 진동의 모양 은 사람마다 다른 목소리 색깔을 결정합니다.  

내 입에서 오리 소리가?!  
입 안 기체의 종류로도 목소리가 달라질 수 있어요. 평상시에는 공기의 떨림으로 목소리가 나오지만, 공기가 아닌 다른 기체가 성대를 지날 때는 소리가 달라집니다. 헬륨을 마셨을 때 목소리가 변하는 이유죠.  

헬륨은 공기보다 밀도가 낮아 헬륨을 통과하는 소리의 속도 가 공기를 통과할 때보다 2.7배나 빨라집니다. 헬륨이 공기보다 밀도가 낮다는 것은 헬륨을 이루고 있는 물질들이 공기보다 덜 뭉쳐 있다는 뜻이에요. 그래서 소리가 더 빨리 지나갈 수 있죠. 이 때문에 성대의 진동수도 2.7배 늘어나면서 평소보다 높은 소리를 내는 겁니다.   

헬륨을 마셨을 때 나는 소리가 마치 오리 소리와 비슷하다고 해서 ‘도날드덕 효과’라고 불리는데요. 트럼펫 같은 관 악기 안 에 헬륨가스를 채우고 연주해도 목소리와 마찬가지로 높은 음이 나온다고 해요. 참 재미있는 과학 현상이죠?      

■ 도날드 덕 효과의 원인  

밀도(密度) | 물질의 질량을 부피로 나눈 값으로, 일정한 면적에 무엇이 빽빽이 들어 있는 정도  

‘헬륨’, 넌 누구니? 
헬륨 (helium)은 프랑스의 한 천문학자가 일식을 관찰하던 중에 발견했어요. 그래서 그리스 신화의 태양신 헬리오스(Helios)로부터 이름을 땄대요. 헬륨 은 색과 냄새, 독이 없고, 수소 다음으로 가벼운 기체입니다. 과거에는 비행선을 가장 가벼운 기체인 수소로 채워 폭발사고가 자주 났어요. 그래서 공기보다 가볍고 수소보다 폭발성이 낮은 헬륨으로 대체했더니 폭발사고가 사라졌다고 합니다.  

헬륨은 원소들 중에서 녹는 점과 끓는점이 가장 낮아요. 이런 특성을 이용해 의료 진단용 MRI의 냉각제로 사용합니다. 산소통에 헬륨 가스를 추가로 넣어 스쿠버 다이버들의 잠수병을 예방하는 데도 활용하고 있어요. 이밖에도 하드디스크나 우주선 연료 탱크 내부의 기압 유지하는 데도 쓰입니다.  

헬륨은 지구에 소량으로 존재하지만, 은하계에서는 전체원소 중 무려 4분의 1을 차지하고 있어요. 지구가 생긴 초기에는 지구에도 헬륨이 많이 있었대요. 하지만 헬륨원자 들이 너무 가벼워서 지구 중력을 벗어나 우주로 날아가 버리는 탓에, 지구에서는 매우 희귀한 원소가 됐답니다. 이렇게 사 용하다 보면 30년 후에는 헬륨이 고갈될 것이라는 경고도 나오고 있어요.
고갈(枯渴) | 어떤 일의 바탕이 되는 돈이나 물자, 소재, 인력 따위가 다해 없어짐  

괴물 소리 내는 ‘크립톤’ 
헬륨과 반대로 낮은 소리를 내는 기체는 없을까요? 있어요! 바로 크립톤이라는 기체입니다. 크립톤을 마시면 영화 ‘베놈’과 ‘트랜스포머’ 속 등장인물인 베놈, 옵티머스 프라임의 목소리와 비슷한 소리가 납니다. 낮은 음의 괴물 소리를 내는 이 현상을 ‘크립톤 보이스’라고 해요. 크립톤은 공기보다 밀도가 높기 때문에 소리의 속도가 느려지고 진동수가 줄어 저음의 소리를 내는 거죠.  

크립톤(krypton)은 대기의 0.0001%를 차지하는 원소입니다. 공기 중에 매우 적은 양으로 존재하기 때문에 오랫동안 발견하지 못했어요. 그래서 ‘숨겨진’이란 뜻을 지닌 그리스어 ‘kryptos’에서 이름을 따왔대요. 크립톤은 레이저, 네온사인, 백열전구, 홀로그램 등 다양한 곳에 사용해요. 헬륨처럼 매우 소중한 기체죠.  

헬륨과 크립톤의 공통점은 둘 다 ‘비활성기체’라는 점입니다. 비활성기체란 다른 물질과는 반응하지 않는, 화학적으로 안정된 기체를 말해요. 비활성기체로 재미있는 목소리 실험을 할 수 있지만, 많이 마시면 폐 안에 산소가 부족해져 질식하게 되므로 조심하기로 약속!   

 *에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=37872
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