우주에서 무게 다른 두 바위 밀때 드는 힘은?

바르게 알고 있나요?

최근 우리나라에서도 우주인 후보가 탄생했습니다. 우주인 후보는 2008년에 국제 우주정거장에 가게 되는데, 이를 계기로 우리나라의 우주 분야 연구에도 큰 발전이 있을 것이라는 기대가 크지요.

아직도 많은 부분이 미지의 영역으로 남아 있는 우주는 우리의 호기심을 자극하기도 합니다. 그럼 우주 공간에서 일어나는 일 한 가지에 대해 탐구해 볼까요?

우주 공간에 커다란 바위 덩어리가 두 개 있다고 가정합시다. 바위 덩어리의 질량은 하나는 1000kg(1t), 다른 하나는 2000kg(2t)입니다. 한 사람이 이 바위 둘을 밀어서 비슷한 속도로 움직이게 하려 합니다. 다음 중 맞는 것은 무엇일까요?

① 둘 다 비슷한 힘으로 쉽게 움직일 수 있다

② 2t짜리 바위를 움직이는 데 힘이 두 배 더 든다

③ 둘 다 사람의 힘으로는 절대 움직이게 할 수 없다

박성미/창의와탐구 와이즈만영재교육연구소 책임연구원

정답과 해설은 다음주에 싣습니다.

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[지난주 정답 및 해설]

정답 ③ 같은 곳에 있었으므로 철봉과 나무의 온도는 같다

결론부터 이야기하면, 같은 곳에 있는 철봉과 나무의 표면 온도는 같습니다. 그런데, 실제로 겨울철에 같은 곳에 있는 나무와 철봉을 손으로 만져보면 철봉이 더 차갑게 느껴집니다. 왜 그럴까요?

추운 겨울 바깥에 있는 나무와 철봉 모두 온도가 매우 낮은 상태입니다. 이때 철봉에 손을 대면 손의 열이 재빨리 철봉으로 옮겨갑니다. 나무에 손을 대도 손의 열은 나무로 옮겨갑니다. 이렇게 열은 주변의 물질로 이동해 갑니다. 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열에너지가 옮겨가 열적 평형 상태를 이루려고 하는 성질이 있습니다. 이를 ‘열의 전도성’이라고 하지요.

그런데, 물질마다 열을 전도할 수 있는 능력이 모두 다릅니다. 열은 ‘어떤 물체의 분자가 운동하는 정도’라고 할 수 있습니다. 이 분자의 운동을 전달해서 열을 이동시키는 정도는 물질마다 다릅니다. 금속 원자들은 전자에 의해 아주 가까이 얽혀 있고 효과적으로 이 움직임을 전달할 수 있기 때문에 열 전도성이 뛰어나지요. 그래서 손을 대면 손의 열이 재빨리 철봉으로 옮겨가 손가락이 차가워집니다. 그래서 차갑게 느껴지지요.

이에 견줘 나무는 열의 전도 속도가 매우 늦기 때문에 손의 열을 빨리 빼앗기지 않아, 나무를 만지는 사람은 나무의 온도가 그다지 차갑지 않다고 느끼게 됩니다. 곧, 겨울철 같은 곳에 있던 나무와 철봉의 온도는 같지만, 이것을 손으로 만지는 순간 체온 때문에 온도가 더 높은 손의 열이 나무나 철봉으로 이동하게 됩니다. 이때 나무보다 철봉 쪽이 손의 열이 더 많이 전도되기 때문에 철봉을 만져 열을 더 많이 빼앗긴 사람들이 나무보다 철봉이 더 차갑다고 느끼게 되는 것입니다.