모양이 바뀌어도 무게는 그대로 — 무게 보존

지난 시간에는 얼음·물·수증기가 모습은 셋이어도 모두 같은 물이라는 것을 봤어요. 그런데 작은 궁금증이 따라왔어요. 얼음이 녹아 물이 되면 무게도 바뀔까요? 단단한 얼음이 흐르는 물이 됐으니 모양은 분명히 달라졌어요. 저울에 올리면 같을까요, 다를까요?

점토도 마찬가지예요. 같은 점토를 공에서 긴 막대로, 큰 판으로 바꾸면 모양은 확 달라지는데, 무게는요? 오늘은 그 답을 양팔 저울로 직접 확인해요. 점토 한 덩어리, 얼음 한 조각, 작은 저울 하나면 돼요.

오늘의 한 문장#

같은 물체라면 모양이 달라져도 무게는 대체로 그대로예요. 단, 그 물질이 닫힌 자리에서 밖으로 빠져나가지 않을 때예요.

오늘은 이 약속을 점토와 얼음으로 확인해요.

부피와 무게는 다른 것#

먼저 새 낱말 하나를 만나요. 물체가 차지하는 공간의 크기를 부피라고 해요. 큰 책은 부피가 크고, 작은 지우개는 부피가 작아요.

그런데 부피가 크다고 무게도 큰 건 아니에요. 큰 베개는 부피가 크지만 가볍고, 작은 돌은 부피가 작아도 무거워요. 같은 모양이어도 재료가 다르면 무게가 달라요.

부피와 무게는 서로 다른 것이에요. 오늘은 이 가운데 무게를 저울로 자세히 살펴봐요.

무게를 재는 도구가 저울이에요. 그중 접시가 두 개인 양팔 저울을 써요. 양쪽 접시에 물체를 하나씩 놓았을 때 같은 높이로 멈추면 두 물체는 같은 무게고, 한쪽이 내려가면 그쪽이 더 무거운 거예요.

집에 양팔 저울이 없으면 주방 저울로도 되고, 옷걸이 양쪽에 같은 길이 끈을 매달아 만들 수도 있어요.

점토 모양을 바꿔도 무게는 그대로#

손으로 눌러 모양을 만들 수 있는 무른 덩어리를 점토라고 해요. 물이 더 많아 잘 눌러지는 것은 찰흙이고요. 둘 중 어느 것이든 괜찮아요.

먼저 점토를 둥근 공으로 빚어 작은 그릇에 담아 왼쪽 접시에 놓아요. 오른쪽 접시에는 같은 그릇과 작은 무게(동전이나 작은 돌)를 올려 균형을 맞춰요. 양쪽이 같은 높이로 멈춘 그 자리가 점토의 무게 자리예요.

이제 같은 점토를 긴 막대로, 다시 큰 판으로 바꿔 가며 같은 그릇에 담아 다시 재어 봐요. 오른쪽은 그대로 두고요. 재기 전에 무게가 같을지 추측해 보면 더 재미있어요.

결과는 세 번 모두 같은 높이예요. 모양이 그렇게 달라졌는데도 무게는 같아요. 점토가 새로 생기거나 밖으로 빠져나가지 않았기 때문이에요. 같은 점토 그대로, 모양만 바뀌었을 뿐이니까요.

얼음이 물이 돼도 무게는 그대로#

이번에는 점토가 아니라 물로 확인해요. 얼음·물·수증기는 모두 같은 물이라고 했지요. 얼음이 물로 녹으면 무게는 어떻게 될까요?

먼저 얼음 한 덩어리를 작은 그릇에 담아 왼쪽 접시에 놓고, 오른쪽 접시에 작은 무게를 올려 균형을 맞춰요. 이게 얼음의 무게 자리예요. 그다음 그릇을 손대지 말고 그대로 두면 30분쯤 지나 얼음이 다 녹아 물이 돼요. 모양은 분명히 달라졌어요. 단단한 얼음이 흐르는 물이 됐으니까요.

이제 물이 담긴 그릇을 다시 재면 또 같은 높이예요. 얼음이 물이 됐는데도 무게는 변함없어요. 이렇게 앞과 뒤가 서로 같은 것을 변함없다라고 해요.

그 물을 다시 냉장고에 넣어 다음 날 재면 또 얼음이 됐어도 무게는 그대로예요. 모습이 두 번 바뀌어도 무게는 변하지 않아요.

관찰 포인트 얼음이 녹는 동안 그릇이 움직이면 저울 자리가 달라져요. 같은 자리에 가만히 두어야 앞뒤 무게를 정확하게 비교할 수 있어요.

여기서 한 가지 조건이 있어요. 무게가 변함없는 건 물질이 밖으로 빠져나가지 않을 때예요. 따뜻한 곳에 물을 오래 두면 수증기가 조금씩 공기 중으로 날아가요. 물질이 사라진 게 아니라 공기 속으로 옮겨 간 거지만, 저울로는 잡기 어려워서 무게가 줄어든 것처럼 보여요. 그래서 오늘은 얼음이 물로 녹는 쪽만 살펴봤어요. 빠져나가지 않으면 무게는 그대로예요.

같은 점토, 같은 물 — 모양 셋, 무게 하나#

오늘 알게 된 것을 표에 모아 봐요.

모양은 여러 가지여도 무게는 하나예요. 단, 물질이 밖으로 빠져나가지 않는다는 조건에서요. 이렇게 앞과 뒤의 양이 변함없이 지켜지는 것을 화학에서는 보존이라고 불러요. 보존은 앞으로 자주 만날 말인데, 그 첫 자리가 바로 오늘이에요. 그런데 얼음을 물로, 물을 수증기로 바꾸는 건 무엇일까요? 그 답이 되는 상태 변화와 온도를 만나면, 오늘 알게 된 보존을 한 걸음 더 이어갈 수 있어요.