물 위에 기름이 뜨는 것은 누구나 아는 사실이다. 미역국에 기름이 떠 있거나, 비가 그친 뒤 거리에 고인 빗물에 무지개빛 기름이 떠 있는 것을 흔히 볼 수 있다. 또한 물과 콩기름을 섞어 따로 층을 이루는 실험을 해 본 적도 있을 것이다. 그렇다면 물이 서로 섞이지 않을 수도 있을까? 조건을 달리 한 물을 큰 그릇에 넣어 서로 층을 이루는 실험을 해 보자.
준비물
설탕, 물, 유리컵 3개, 차 숟가락, 나무 젓가락 1개, 물감(빨강ㆍ파랑ㆍ노랑)
실험 방법
1. 3개의 유리컵에 각각 물을 1/4 정도 붓는다. 첫 번째 컵에 설탕 4술을, 두 번째 컵에 설탕 2술을 넣고 잘 저어 설탕이 남지 않도록 완전히 녹인다. 세 번째 컵에는 설탕을 넣지 않는다.
2. 첫 번째 컵에는 빨강 물감을, 두 번째 컵에는 파랑 물감을, 세 번째 컵에는 노랑 물감을 같은 양으로 넣고 잘 젓는다. 5분 정도 두어 바닥에 아무 것도 남지 않는 것을 확인한다. 바닥에 가라앉는 것이 있다면 잘 저어 아무것도 남지 않도록 한 뒤 5분 정도 기다린다.
3. 빨간색 설탕물이 담긴 컵 벽면에 젓가락을 대고 파란색 설탕물을 아주 조금씩 붓는다. 빨간색 설탕물 위에 파란색 설탕물이 따로 층을 이루고 있음을 볼 수 있다.
4. 세 번째 컵에 담긴 노란색 설탕물을 같은 방법으로 조금씩 붓는다. 유리컵에 빨강ㆍ파랑ㆍ노랑 설탕물들이 서로 섞이지 않고 층을 이루고 있는 것을 볼 수 있다.
실험 이론 설명
밀도(물질의 빽빽한 정도)가 물보다 높은 물질은 가라앉고, 밀도가 낮은 물질은 물에 뜬다. 나무가 물에 뜨고 동전이 가라앉는 것은 밀도와 관련된 것이다.
밀도가 다른 액체는 서로 섞이지 않고 층을 이룬다. 설탕물은 농도(진한 정도)에 따라 밀도가 달라진다. 같은 양의 물에 각각 다른 양의 설탕을 넣어 녹일 경우, 부피는 거의 비슷하지만 넣은 설탕의 양만큼 질량이 늘어나기 때문에 두 가지 설탕물은 밀도에 차이가 생기게 된다. 따라서 설탕을 많이 넣은 설탕물은 밀도가 높고 설탕을 조금 넣은 설탕물은 밀도가 낮아지는 것이다.
밀도가 다른 여러 종류의 액체를 이용해 보자. 휘발유(0.72), 경유(0.79), 메탄올(0.8), 식용유(0.9), 물(1), 물비누(1.021), 주방 세제(1.031), 포도 주스(1.048), 글리세린(1.27), 물엿(1.379) 등에 각각 다른 색의 물감을 푼 뒤 섞어 보면 더욱 재미있는 실험을 할 수 있다(괄호 안의 수치는 밀도를 나타냄).
