열기구 만들기는 불을 직접 사용하는 방식보다 헤어드라이어의 따뜻한 바람을 이용한 모형으로 원리를 확인하는 것이 안전하다. 따뜻해진 공기는 주변의 차가운 공기보다 밀도가 낮아지면서 위로 뜨려는 힘을 받는다. 가볍고 큰 봉투에 따뜻한 공기를 채우면 이 현상을 눈으로 관찰할 수 있다. 준비물과 만드는 순서, 잘 뜨지 않을 때 확인할 부분을 차근차근 풀어 보았다.
열기구 만들기 준비물은 무엇일까?
실내에서 원리를 확인하는 모형이라면 가벼운 봉투와 헤어드라이어를 준비하면 된다. 실제 열기구처럼 불꽃을 사용하는 버너는 필요하지 않다.
준비물은 가능한 한 가볍게 구성한다. 봉투에 무거운 장식을 많이 붙이면 따뜻한 공기를 채워도 뜨기 어려워진다.
- 얇고 가벼운 큰 비닐봉투 1개
- 헤어드라이어 1개
- 작은 종이클립 몇 개
- 가벼운 테이프
- 모형을 잡아둘 가벼운 실
봉투는 구멍이 없어야 하고 입구가 충분히 넓은 것이 편하다. 종이클립은 봉투 입구가 위로 뒤집히지 않도록 아주 적은 수만 사용한다.
비닐봉투는 얼굴이나 머리에 씌우지 않는다. 어린이가 실험한다면 헤어드라이어 작동과 봉투 가열은 성인이 함께하는 편이 안전하다.
불 없이 열기구 모형은 어떻게 만들까?
봉투 안에 헤어드라이어의 따뜻한 공기를 충분히 채운 뒤 손을 살짝 놓아 상승 여부를 확인하면 된다. 처음부터 완전히 날려 보내기보다 실을 연결한 상태에서 움직임을 관찰하는 편이 좋다.
- 봉투에 구멍이나 찢어진 곳이 없는지 확인한다.
- 봉투 아래쪽 입구에 종이클립을 일정한 간격으로 조금씩 단다.
- 봉투가 멀리 날아가지 않도록 가벼운 실을 연결한다.
- 두 사람이 봉투 입구를 넓게 잡는다.
- 헤어드라이어를 봉투에서 떨어뜨린 상태로 따뜻한 바람을 넣는다.
- 봉투가 충분히 부풀면 손으로 느껴지는 상승력을 확인한다.
- 주변에 장애물이 없는 실내에서 잠깐 놓아 움직임을 관찰한다.
헤어드라이어 출구를 봉투에 직접 밀착시키지 않는다. 너무 가까우면 비닐이 변형되거나 녹을 수 있다. 흡입구도 봉투로 막지 않도록 거리를 둔다.
촛불과 알코올램프, 휴대용 가스버너로 봉투를 직접 가열하는 방식은 피한다. 얇은 재료가 불꽃에 닿으면 화재나 화상으로 이어질 수 있다.
열기구는 왜 위로 올라갈까?
봉투 안의 공기가 따뜻해지면서 주변 공기보다 밀도가 낮아지기 때문이다. 충분한 부력이 봉투와 종이클립, 실 등의 무게를 이기면 모형이 위로 움직인다.
따뜻한 공기는 가열되면서 팽창한다. 같은 부피를 비교하면 따뜻한 공기 쪽의 질량이 더 작아질 수 있어 주변의 차갑고 밀도가 높은 공기 속에서 부력을 받는다.
| 상태 | 관찰할 변화 |
| 봉투 안 공기가 차가움 | 쉽게 뜨지 않는다 |
| 공기를 따뜻하게 함 | 봉투가 부풀고 상승력이 커진다 |
| 장식과 클립이 너무 무거움 | 충분히 데워도 뜨기 어렵다 |
| 공기가 식음 | 상승력이 줄어 내려온다 |
모형이 뜨지 않는다면 먼저 무게를 줄여 본다. 종이클립이 너무 많거나 테이프와 장식이 무거우면 따뜻한 공기가 만드는 부력이 무게를 이기지 못한다.
실제 열기구도 기본 원리는 같다. 커다란 기낭 안의 공기를 데워 주변 공기보다 밀도를 낮추고, 충분한 부력이 만들어지면 기구가 상승한다. 실제 열기구는 전문 장비와 조종이 필요한 항공 활동이므로 모형 실험과는 구분해야 한다.
마치면서
열기구 만들기는 얇고 가벼운 봉투에 헤어드라이어로 따뜻한 공기를 채우는 방식으로 원리를 안전하게 관찰할 수 있다. 따뜻한 공기의 밀도가 낮아지고 부력이 모형의 무게보다 커지면 봉투가 위로 움직인다. 불꽃은 사용하지 않고 가벼운 재료와 충분한 공간을 준비하는 것이 중요하다.
[안내드립니다] 이 글은 열기구의 과학 원리를 확인하기 위한 실내 교육용 모형 제작 방법입니다. 촛불이나 가스버너 등 화염을 이용해 비닐이나 종이를 가열하지 않는 것이 좋습니다. 어린이가 실험하는 경우 헤어드라이어 사용은 성인이 함께 관리해야 하며 비닐봉투를 얼굴이나 머리에 씌우지 않도록 주의해야 합니다.
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