d라이브러리

쨍쨍 내리쬐는 햇빛 아래, 감기에 걸린 섭섭박사님은 목이 바짝 말라오기 시작했어요. 따뜻한 물이 마시고 싶었지만 갖고 있는 건 차가운 물뿐이었지요. 그 순간, 섭섭박사님의 눈이 반짝 빛났어요. 

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도전 실험
햇빛으로 물을 따뜻하게 데우자!

섭섭박사님은 주변에 놓인 낡은 종이 상자와 종이컵을 집어 들었어요. 상자와 종이컵, 햇빛만 있으면 물을 데울 수 있다고요?

 

준비물
컵, 투명 랩, 알루미늄 포일, 온도계, 종이 상자, 검은 테이프

※주의: 랩이나 알루미늄 포일을 자를 때는 반드시 보호자와 함께하세요.

➊ 상자 안과 종이컵을 검은 테이프로 감아 검게 만든다.

➋ 상자 위를 투명 랩으로 덮는다.

➌ 알루미늄 포일로 반사판을 만들어 상자 위에 세운다. 반사판은 햇빛을 잘 받을 수 있는 방향으로 기울인다.

➍ 상자를 태양이 강한 정오쯤 야외에 1~2시간  둔다. 그 후 온도계로 물 온도를 잰다.

→ 결과: 33°C였던 물의 온도가 1시간 후 41°C까지 올랐다!

태양이 뿜어내는 강렬한 열과 빛은 복사 에너지 형태로 지구에 도달합니다. 복사 에너지는 가시광선과 적외선이라는 두 가지 전자기파를 따라 지구 대기를 통과해요. 가시광선은 우리가 눈으로 볼 수 있는 전자기파 영역, 적외선은 가시광선보다 파장이 긴 전자기파 영역이에요. 실험에서 컵과 상자를 검은색으로 만든 이유는 검은색이 태양의 복사 에너지를 더 잘 흡수하기 때문입니다. 태양의 복사 에너지가 종이 상자와 컵에 흡수되면 종이컵에 들어 있는 물 온도가 서서히 올라가게 됩니다. 또, 상자 위의 투명 랩은 종이 상자 안의 온도를 따뜻하게 유지하는 역할을 해요. 랩은 종이 상자 안에서 데워진 열에너지가 바깥으로 빠져나갈 수 없도록 막아주기 때문이에요. 그 결과 종이 상자 안의 열이 가둬지고, 점차 온도가 뜨거워져서 물이 데워지는 것이랍니다.

새는 비행하는 거리에 따라 깃털의 색깔이 조금씩 다릅니다. 먼 거리를 이동하는 새는 깃털 색깔이 밝다는 연구 결과가 나왔어요. 

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철새는 이동하는 거리에 따라 깃털 색깔이 달라질 수 있다.

색깔은 종류에 따라 태양의 복사 에너지를 흡수하는 정도가 다릅니다. 검은색 같이 어두운 색은 태양 복사 에너지를 잘 흡수하고, 흰색처럼 밝은 색은 빛을 반사시키는 특성이 있습니다. 이러한 특성이 새의 생활에도 영향을 준다는 연구 결과가 나왔어요. 독일 막스 플랑크 조류학연구소 연구팀은 먼 거리를 이동하는 새일수록 깃털 색깔이 밝다는 연구 결과를 학술지 ‘커런트 바이올로지’에 2021년 12월 공개했어요. 

연구팀은 조류 489종을 관찰해 깃털 밝기와 이동 거리를 분석했어요. 깃털 색깔의 밝기를 0~100까지 점수로 매겨 새의 이동 습성을 살펴봤지요. 점수가 0에 가까울수록 깃털 색깔은 검은색을, 100에 가까울수록 흰색을 띠어요. 연구 결과, 새의 이동 거리가 멀수록 새의 깃털 색깔이 밝았습니다. 반대로, 한 곳에서 머무는 새는 가까운 거리나 먼 거리를 이동하는 새보다 깃털 색깔이 어두웠지요.   

연구팀은 “색깔에 따라 태양 복사 에너지를 흡수하고 반사하는 정도가 다르기 때문”이라고 설명했습니다. 흰색 같이 밝은 색은 햇빛에 포함된 가시광선을 대부분 반사해요. 반면, 검은색처럼 어두운 색은 태양 복사 에너지를 대부분 흡수하지요. 이때 흡수한 빛은 에너지로 바뀌어 열로 전환돼요. 

열은 철새의 체온에 직접적인 영향을 줍니다. 특히, 먼 거리를 이동해야 하는 철새에게 체온 관리는 아주 중요하지요. 밝은 색의 깃털은 햇빛에 노출됐을 때 어두운 색보다 빛을 덜 흡수하기 때문에 체온이 심하게 오르는 것을 막을 수 있어요. 연구팀은 “동물의 털 색깔에 햇빛이 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다”고 전했습니다. 

실험 하나 더!
누가누가 더 빨리 부푸나?!

섭섭박사님은 집으로 들어가기 아쉬워 햇빛을 이용한 실험을 한 가지 더 진행했어요. 색깔이 다른 페트병과 풍선으로 뭘 하려는 걸까요?

 

준비물
페트병, 풍선, 검은색 테이프, 흰색 테이프

 

➊ 페트병 2개를 준비하고, 각각 검은 테이프와 흰색 테이프로 감싼다.

➋ 각각의 병 입구에 풍선을 꽉 끼운다.

➌ 두 병을 햇빛이 잘 드는 곳에 나란히 놓는다.

➍ 시간이 지나면서 나타나는 두 병의 차이를 관찰한다.

→결과: 검은색 병의 풍선이 더 빨리 부푼다.

검은색은 태양의 복사 에너지를 잘 흡수하는 성질을 가지고 있습니다. 그래서 검은색으로 칠한 병 속 공기는 흰색 병 속 공기보다 더 빨리 데워져요. 병 안의 온도가 올라가면 열을 받은 공기 분자가 활발하게 움직여요. 이에 따라 검은색 병 안의 공기가 팽창하게 됩니다. 팽창한 공기가 풍선으로 인해 병 밖으로 빠져나가지 못하면 병 안의 압력이 점점 높아져요. 그래서 풍선이 부풀게 되는 것이지요. 만약, 풍선 대신 뚜껑으로 통을 닫았다면 병 안의 압력이 계속 커져 뚜껑이 튀어 오를 수도 있답니다. 반면, 흰색은 검은색에 비해 태양의 복사 에너지를 잘 흡수하지 못해요. 대신, 검은색과는 다르게 열과 빛을 반사하는 특성이 있어요. 그래서 흰색 병 안의 공기는 느리게 데워지고, 풍선도 천천히 부풀게 되는 것이랍니다.