하늘 높이 오르는 풍선. 때론 풍선처럼 하늘을 훨훨 날아다니는 생각을 해본 적 있을 텐데요. 이런 꿈을 8월 23일부터 서울시가 운영하는 풍선 기구 '서울달'을 통해 이룰 수 있어요. 서울달은 최대 30명까지 거뜬히 태울 수 있고요. 지름이 22m나 되고 여의도 하늘을 43층짜리 건물과 맞먹는 130m 높이까지 오를 수 있답니다. '톡' 하면 찢어질 듯한 서울달 풍선은 어떻게 많은 사람을 태우고 하늘로 오를 수 있는 걸까요?
비결은 '헬륨(He)'에 있어요. 서울달의 몸체인 노란 풍선에는 헬륨이 가득해요. 헬륨은 공기를 구성하는 질소·산소보다 밀도(密度)가 낮다는 특징이 있어요. 밀도는 부피당 질량을 나타내는 표현인데요. 쉽게 말해, '물질의 양이 어느 정도로 많은지'를 알려주는 표시랍니다. 공기는 눈에 보이지 않을 뿐 우리 주변을 에워싸고 있어요. 그래서 풍선에 공기를 불어 넣으면 눈에 보이지 않는 공기 속 질소·산소가 풍선을 가득 채우죠. 이를 증명하듯 1L짜리 헬륨의 질량은 0.1765g인 반면, 질소·산소의 질량은 각각 1.251g과 1.429g이랍니다. 헬륨이 질소·산소보다 훨씬 가볍죠? 그래서 공기를 채운 일반 풍선보다 가벼워 자연스럽게 하늘 위로 두둥실 떠오르는 거예요.
풍선이 하늘로 떠오르는 것처럼 물체를 들어 올리는 힘을 부력(浮力)이라고 합니다. 부력은 공기·물보다 가벼운 물질이 중력의 반대 방향으로 뜨려는 힘을 말해요. 반대로 중력은 모든 물질을 땅으로 끌어당기는 힘이랍니다. 우리가 땅 위를 떠다니지 않고 걸을 수 있는 것도 중력 덕분이죠. 그런데 액체·기체 속 물질들은 중력과 부력을 동시에 받게 돼요. 그래서 중력이 크면 가라앉고, 부력이 더 클 땐 떠오르죠. 예를 들어, 물에 돌을 넣으면 돌은 물 밑으로 가라앉아요. 돌의 밀도가 물의 밀도보다 커져서 물이 밀어 올리는 부력보다, 물체를 잡아당기는 중력이 더 크게 작용하기 때문이죠. 반대로 물에 스티로폼을 넣을 땐 쉽게 물 위로 떠오를 거예요. 스티로폼 조각의 밀도가 물의 밀도보다 낮기 때문에 부력이 많이 작용했기 때문입니다. 결국, 헬륨 풍선이 하늘 위로 향한 것도 헬륨 속 밀도가 낮기 때문에 부력의 힘을 많이 받은 거랍니다.
헬륨(Helium): 원소 기호는 He로 공기를 이루는 질소·산소보다 가벼운 기체 성분을 말한다. 공기보다 가볍기 때문에 다른 기체보다 공중으로 잘 뜬다는 성질이 있다. 이 때문에 공중에 오래 떠 있어야 하는 생일 파티나 행사용 풍선에 자주 쓰인다.
부력(浮力): 물체가 위로 떠오르는 현상. 물체의 밀도가 낮을수록 부력의 힘을 받아 위로 떠오르게 된다.
중력(重力): 모든 물질을 땅으로 끌어당기는 힘. 지구에선 몸이 공중에 떠다니지 않는 건 중력의 영향 때문이다.
서울달이 하늘로 두둥실 오를 수 있는 원리는 무엇일까요?물에 돌을 던지면 왜 돌이 가라앉는 걸까요? 기사에 나온 부력과 중력을 연관 지어 요약해 보세요.
