과자가 가득 찬 것도 아닌데,
봉지는 왜 이렇게 단단할까?
과자 봉지를 뜯기 전에 손가락으로 꾹 눌러 보세요. 잘 안 눌립니다. 그런데 뜯어 보면 속에 과자가 가득 차 있지도 않아요 — 대부분은 공기입니다. 잡을 수도, 볼 수도 없는 공기가 어떻게 내 손가락을 버텨 낼까요?
🤔 내 생각 남기기
지난 시간 「물질의 상태 변화」에서 배운 것을 하나 꺼내 봅시다 — 물질을 이루는 입자는 스스로 끊임없이 운동한다. 이걸 이용해 예상해 보세요.
보이지 않는 것을 보이는 것으로 흉내 낸다
기체 입자는 눈에 보이지 않으니, 보이는 쇠구슬로 흉내 냅니다. 화면 속 페트병을 흔들어 보세요 — 오른쪽 벽이 손바닥입니다. 쇠구슬 수를 바꾸면 손바닥이 받는 힘이 어떻게 달라지는지가 오늘의 관찰입니다.
🫨 가상 쇠구슬 실험 — 손바닥이 받는 힘 재기
- 쇠구슬 15개인 채로 🫨 흔들기를 연타하며, 손바닥이 받는 힘을 읽는다.
- 쇠구슬을 30개로 바꾸고 같은 방법으로 흔들어 힘을 잰다.
- 아래 최고 기록에서 두 경우의 힘을 비교한다.
흔들기를 멈추면 쇠구슬은 가라앉아 멈춥니다 — 이게 진짜 기체와 다른 점. 아래 「왜 안 멈출까」 상자에서 확인하세요.
🎛️ 조작판
👁️ 관찰 기록 저장됨
① 쇠구슬은 어느 방향으로 움직였나요? ② 쇠구슬 수가 많으면 손바닥이 받는 힘은 어떻게 달랐나요?
⚠️ 이 모형에는 한계가 있습니다
⚖️ 쇠구슬은 멈추는데, 기체 입자는 왜 안 멈출까?
모형으로 쓴 쇠구슬에는 결정적인 차이가 하나 있습니다. 쇠구슬은 흔들기를 멈추면 결국 바닥에 가라앉아 멈추지만, 진짜 기체 입자는 아무도 흔들어 주지 않아도 영원히 움직입니다. 두 상자를 나란히 놓고 지켜보세요.
기체 입자는 부딪혀도 속도를 잃지 않습니다(완전 탄성 충돌) 잃을 것이 없으니 멈출 이유도 없어요. 게다가 기체 입자는 너무 가벼워서 중력의 영향도 거의 받지 않아, 바닥에 가라앉지도 않습니다.
그래서 아무도 건드리지 않는 풍선도 며칠이 지나도록 팽팽한 겁니다 — 속에서는 지금 이 순간에도 수많은 입자가 쉴 새 없이 벽을 두드리고 있어요. 그것이 기체의 압력이고, 결코 저절로 사라지지 않습니다.
충돌을 직접 세어 봅시다
이번엔 진짜 기체처럼 스스로 움직이는 입자 상자입니다. 입자들이 벽에 부딪힐 때마다 벽이 반짝이고, 1초 동안의 충돌 횟수와 압력계가 함께 움직입니다. 입자 수를 바꿔 가며 무엇이 무엇을 끌고 가는지, 화면에 뜨는 안내를 따라 읽어 보세요. 온도 손잡이는 1학기에 배운 그 온도입니다 — 온도를 건드리지 않으면 입자의 빠르기도 변하지 않아요. 공기를 넣는다고 입자가 빨라지는 게 아닙니다. 수가 늘어날 뿐이죠. 벽을 ⚽ 말랑한 공으로 바꾸면, 압력이 커질 때 공이 정말로 부푸는 것까지 볼 수 있습니다.
🌬️ 먼저 — 기체 입자는 어떤 성질을 가졌을까
충돌을 세어 보기 전에, 기체 입자가 어떻게 생겨먹었는지부터 봅시다. 고체·액체와 견주면 기체 입자는 서로 멀찍이 떨어져 있고, 붙잡는 힘이 거의 없어 저마다 다른 방향으로 아주 활발하게 날아다닙니다.
벽 네 면이 골고루 반짝이는 것도 눈여겨보세요 — 충돌은 어느 한 방향이 아닙니다.
입자 수를 바꿀 때 평균 빠르기 칸도 함께 보세요 — 이 숫자는 꿈쩍도 하지 않습니다.
🎛️ 조작판
🧾 기록표 0회 기록
| 입자 수 | 온도 | 1초 충돌 | 압력계 | 부피 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 입자 수를 바꿔 가며 📌 를 눌러 보세요 — 3번 이상. 온도만 바꾼 줄도 하나쯤! | |||||
📖 이름 붙이기 — 기체의 압력
기체 입자는 끊임없이 운동하다가 벽에 충돌하며 힘을 가합니다. 일정한 면적에 기체 입자가 충돌해서 가하는 힘 — 이것이 기체의 압력입니다. 입자가 모든 방향으로 날아다니니 압력도 모든 방향으로 작용하고, 입자 수가 많아지면 충돌이 잦아져 압력이 커집니다.
→ 아닙니다. 방금 입자 상자에서 봤듯 천장에도, 옆벽에도 똑같이 충돌합니다. 튜브가 사방으로 부풀어 오르는 것이 그 증거예요.
기체 입자가 벽에 해서 가하는 힘을 기체의 압력이라 하고, 이 압력은 방향으로 작용한다.
일정한 크기의 용기 안에 기체 입자의 수가 많아지면 충돌 횟수가 늘어 기체의 압력은 .
빈칸을 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요. 소리 내어 답해 보고 누르세요.
🎮 압력 챌린지 — 목표 압력에 도달하라
라운드 1 / 3🫨 흔들기를 연타하면 입자가 빨라져 벽을 더 자주, 더 세게 두드립니다 — 압력계가 올라가죠. 손을 멈추면 보통 빠르기로 되돌아갑니다(입자가 멈추는 게 아니에요). 그런데 사람이 흔들 수 있는 빠르기에는 한계가 있습니다. 더 큰 압력이 필요하면 남은 방법은 하나 — 입자 수를 늘리는 것. 퀴즈를 맞히면 입자를 넣을 수 있어요.
생활 속의 기체 압력
⚖️ 어디까지 부풀까 — 멈추는 지점이 있다
「압력이 커지면 부푼다」에는 조건이 하나 숨어 있습니다.
벽이 늘어날 수 있어야(탄성이 있어야) 부풉니다. 유리병 같은 단단한 용기는
공기를 더 넣어도 부피가 그대로 — 압력만 커집니다.
그리고 말랑한 공도 무한정 부풀지는 않습니다. 부풀수록 속이 넓어져 안쪽 압력이 도로 낮아지고,
안에서 미는 기체의 압력과 바깥에서 미는 힘(공기의 압력 + 고무의 되당김)이 같아지는 순간
딱 멈춥니다. 입자 상자의 ⚽ 말랑한 공이 부풀다가 스스로 멈추는 게 바로 이 순간이에요.
👀 순식간에 채워진 기체가 무엇을 밀어낼까? 왜 너무 가까이 앉으면 위험할까?
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👀 에어매트 또한 기체의 압력을 이용한 기구입니다! 속을 채운 기체가 어떻게 몸을 받쳐 줄까?
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✍️ 사고력 — 풍선의 반대쪽 저장됨
공기가 든 풍선의 한쪽을 손가락으로 누르면 다른 쪽이 튀어나옵니다. 그 까닭을 '입자'와 '충돌'이라는 낱말을 넣어 설명해 보세요.
🧱 첫 번째 블록 완성 — 보이지 않는 공기가 밀어내는 힘
이제 답할 수 있습니다. "눈에 보이지도, 손에 잡히지도 않는 공기가 어떻게 무언가를 밀어낼 수 있을까?"
공기는 텅 빈 것이 아니라 쉴 새 없이 날아다니는 알갱이들로 가득 차 있고,
그 알갱이들이 벽에 부딪히는 것이 곧 미는 힘 — 기체의 압력입니다.
한 번의 충돌은 너무 작아 못 느끼지만, 셀 수 없이 많은 충돌이 모이면 물을 밀어내고 튜브를 팽팽하게 만들 만큼 커집니다.
보이지 않았을 뿐, 계속 밀고 있었던 겁니다.
✍️ 내 문장으로 블록 완성 저장됨
확인 문제
모르겠으면 3단계로 돌아갔다 와도 됩니다.
오늘 배운 개념, 빈칸으로 확인
빈칸을 눌러서 답을 확인하거나, 🎤 음성으로 답하기를 켜고 소리 내어 말하면 저절로 채워집니다.
공기의 무게를 처음 잰 사람
🧪 토리첼리의 유리관
1643년, 토리첼리는 1 m 유리관에 수은을 가득 채워 수은 그릇에 거꾸로 세웠습니다. 수은은 다 쏟아지지 않고 76 cm 높이에서 멈췄어요. 그릇의 수은 면을 공기의 압력이 누르고 있었기 때문입니다. 이렇게 대기압이 처음 측정되었고, 관 위쪽의 빈 공간은 인류가 처음 만든 진공이 되었습니다.
👀 토리첼리는 무엇을 보고 '공기가 누르고 있다'고 확신했을까?
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👀 속을 비운 쇠공을 말 16마리가 못 떼어냈다. 무엇이 그렇게 꽉 붙잡고 있었을까?
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