부산과학기술협의회와 5개 과학관이 공동 주최하는 펀펀 과학관은 다양한 만들기를 통해 과학 원리를 익히는 프로그램을 시행하고 있다. 이 중 가장 인기 있는 물로켓과 해시계의 원리를 알아보자.

●물로켓 만들기

2005년 부산과학축전에서 물로켓이 발사되는 모습.

물로켓의 원리는 뉴턴의 제3운동법칙인 작용과 반작용이다. 압축공기가 물을 내뿜을 때 생기는 반작용의 힘으로 물로켓이 날아오른다. 1.5ℓ페트병 3개를 적당히 잘라 연결해서 몸통을 만든다. 물로켓이라도 병 속에 물만 넣으면 안된다. 일정 정도 공기가 필요하다. 페트병에 물을 담고 공기를 많이 넣어 압축한다. 이때 공기의 밀도가 높아져 공기 분자는 새나가지 못하고 페트병의 벽과 물의 수면에 압력을 가하게 된다. 이 상태에서 마개를 열면 압축공기의 힘으로 물이 병의 입구 쪽으로 몰리고 빠른 속도로 날아오르게 된다.

공기는 압력을 가하면 부피가 작아지고 밀도가 높아진다. 압축된 기체는 엄청난 힘을 갖게 돼 한 쪽을 열면 순식간에 빠져나온다. 액체인 물은 압축이 되진 않지만 일정한 속도로 흘러내린다. 물로켓은 바로 기체와 액체의 특징을 조화시켜 추진한다. 기체는 빠져나오는 힘은 세지만 그 시간이 너무 짧은 반면 물은 흘러나오는 시간은 길지만 힘이 약하다. 이 두 힘이 적정 크기로 배합되면서 공중으로 100~200m 상승할 수 있다.

주의할 점은 물의 양이다. 물을 너무 적게 넣으면 공기가 너무 빨리 빠져 물로켓이 곧 낙하하며 물을 너무 많이 넣으면 무게가 무거워 멀리 날지 못한다. 1.5ℓ페트병을 기준으로 350~400mℓ정도 되도록 해야 최대 비행거리를 얻을 수 있다.

●해시계 만들기

해시계

벽시계나 전자시계가 없던 옛날 사람들은 어떻게 시간을 알았을까. 정답은 하늘에 있다. 해가 있는 낮에는 그림자의 움직임을 따라 시간을 짐작했고, 밤에는 별이 규칙적으로 움직이는 것을 보고 시간의 흐름을 가늠했다.

이 같은 현상을 좀 더 정확하게 측정하기 위해 만든 것이 조선 세종대왕 때 만들어진 해시계 앙부일구다. 장영실이 만든 앙부일구는 오목한 솥모양의 구조로 대부분 대리석이나 청동으로 제작되어 있다. 이를 거리 곳곳에 설치해 시간을 가늠하도록 했다. 일부 휴대할 수 있도록 크기를 작게 만든 것도 있다.

펀펀과학관에서 만드는 해시계는 앙부일구 모양을 적용해 만든 것이다. 앙부일구 중심에는 북극고도를 가리키는 뾰족한 침이 있는데 침의 그림자가 날짜와 시간을 알려준다. 앙부일구가 둥근 것은 절기마다 달라지는 해의 고도를 나타내기 위해서다. 절기선의 간격도 다르게 표시되어 있는데 이는 지구가 태양의 둘레를 타원형으로 공전함을 나타낸다. 직접 만드는 해시계는 절기선은 나타나지 않고 그림자를 이용해 시간만 알려주도록 제작된다. 해시계가 항상 북쪽을 향하도록 마지막에 나침반을 장착한다. 실제 앙부일구 역시 북쪽을 향하도록 설치돼 있다.