부력실험 시리즈1-일반콜라, 다이어트콜라 비교실험

이번 포스팅은 부력실험 관련 시리즈 1탄 '일반콜라와 다이어트콜라 중 어느 것이 떠오를까' 입니다. 

학생들과 부력에 대해 알아보기에 아주 적합한 실험입니다. 실험을 바로 시작하기 보다는 학생들의 흥미를 유발하기 위한 질문 등을 통해 한껏 분위기를 띄우는 것도 좋은 방법이라고 생각합니다.

아래는 부력과 관련있는 간단 질문 3가지입니다. 

◆ 생각열기

Q1) 그림은 부피가 같은 물체 A, B, C가 유체 속에서 각각 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. A, B, C의 부력을 비교하시오.(단, A, C는 각 물체 높이의 반만 잠겨 있다.)

[교사 tip]  부력은 유체 속에 잠긴 부피에 해당하는 유체의 무게(중력)이다. 그림에서 세 물체의 부력을 비교해 보고, 부피가 같은 물체에 작용하는 부력이 다른 이유가 무엇인지 생각해보도록 유도한다.

Q2) 밑면적이 같으나 부피가 다른 세 용기에 같은 높이의 물이 들어 있는 경우, 용기 밑바닥에서 물에 의한 압력을 비교하시오.

[교사 tip]  유체의 깊이가 깊을수록 압력이 커짐을 일상생활에서의 예를 들어 생각해보도록 유도한다.

Q3) 긴 용기에 물을 담고 아래쪽에서 기포를 발생시키는 경우, 기포가 올라오는 동안 모양이 어떻게 변할까?

[교사 tip]  유체의 깊이가 깊을수록 압력이 커지므로 기포가 올라오면서 부피가 팽창함을 생각해보도록 유도한다.

자! 이제는 실험과 관련된 내용입니다. 

◆ 실험활동 : 다이어트 콜라의 비밀은?

1. 실험준비

 일반 콜라 500mL, 다이어트 콜라 500mL, 수조, 저울

2. 만들고 해보기 

가. 수조에 물을 가득 채운다.

나. 물을 가득 채운 수조에 일반 콜라와 다이어트 콜라를 넣는다.

다. 물 속에서 일반 콜라와 다이어트 콜라의 변화를 관찰해본다.

일반콜라

다이어트콜라

두 콜라의 비교(일반콜라, 다이어트콜라)

[교사용 Tip] 일반 콜라에는 단맛을 내기 위해 설탕을 넣는다. 그런데 다이어트 콜라에는 설탕 대신 ‘아스파탐(aspartame)이라는 물질이 들어있다. 아스파탐은 같은 양일 때 설탕보다 200배 더 강한 단맛을 낸다. 따라서 다이어트 콜라에서는 훨씬 적은 양의 아스파탐으로 보통 콜라와 같은 단맛을 내게 된다. 아스파탐의 이용으로 인해 같은 부피의 경우, 다이어트 콜라는 일반 콜라보다 질량이 더 작고, 결국 다이어트 콜라의 밀도는 일반 콜라보다 작다. 다이어트 콜라라고 해서 열량이 전혀 없는 것은 아니다. 아스파탐이 설탕보다 단맛은 훨씬 강하지만 열량은 1g당 4kcal로 동일하게 가지고 있기 때문에 같은 부피의 일반 콜라와 비교했을 때 열량이 적은 것이다. 

3. 부력실험 동영상보기

  - 아래의 동영상은 보통콜라와 다이어트 콜라를 가지고 직접 실험을 시연하는 영상입니다. 이 동영상에서는 캔을 사용하는 것이지만요..(물론 영어로 설명되지만 현상은 동일하지요^^)

<출처 : 유튜브(https://www.youtube.com/watch?v=MzsORE0ae10)>

 

 

4. 설명하고 토론하기

가. 어떤 콜라의 질량이 더 클까?

[교사용 Tip] 같은 양(500mL)의 콜라를 준비하였으므로 질량이 같다는 답을 할 것이다. 저울을 준비하여 질량을 확인해보도록 한다. 단, 두 종류 콜라를 담은 용기가 같은 종류인 것을 준비하고, 용기의 질량을 따로 측정해둔다.

나. 어떤 콜라의 부피가 더 크다고 생각하는가?

다. 어떤 콜라의 밀도가 더 크다고 생각하는가?

[교사용 Tip] 물에 뜨고 가라앉음을 보고 밀도를 유추하도록 지도하고, 밀도를 계산하는 식을 이용하여 실제 밀도를 측정해보도록 한다. 단, 콜라를 개봉했을 때 탄산가스가 날아갈 수 있으므로 밀폐된 상태에서 부피를 측정한다.

라. 일반 콜라와 다이어트 콜라 사이에는 어떤 차이가 있을까?

이상으로 부력과 관련한 실험에 대한 내용이었습니다. 그리고 부력과 관련된 시뮬레이션(가상실험) 자료를 보고 싶으시면 아래의 글을 참고하세요. 

부력관련 게시글 링크

1. 부력의 원리-아르키메데스의 원리
2. 밀도와 부력