뚜껑이 왜 안열리는 이유는 무엇인가요?
통안에 풍선이 있다는 가정하에 진공 펌프질을 하면 뚜껑이 안 열리는 이유는 무엇인가요? 통 안의 공기가 밖으로 빠져나가게 되면서 저기압 상태가 되는데 외부 기압과 차이가 발생하게 되고 외부 기압보다 충돌 횟수가 낮아지게 되는것이랑 어떤 상관이 있나요?
안녕하세요. 김형준 과학전문가입니다.
통 안에 풍선이 있는 상황에서 진공 펌프로 공기를 빼내면 뚜껑이 열리지 않는 현상은 물리학의 기본 원리를 따릅니다. 이를 이해하기 위해서는 몇 가지 개념을 살펴볼 필요가 있습니다:
기압(Atmospheric Pressure): 지구의 대기가 주변에 가하는 압력입니다. 지표면 근처에서는 대략 1 기압(101,325 파스칼)의 압력이 작용합니다. 이 기압은 공기 분자들이 서로 충돌하며 주변에 가하는 힘으로 인해 발생합니다.
진공 상태(Vacuum): 통 내부에서 공기가 펌프로 빠져나갈 때, 통 내부의 기압은 외부 기압보다 낮아집니다. 이는 내부에 공기 분자의 밀도가 감소하기 때문에 발생합니다.
외부 기압 대 내부 기압: 통 안의 기압이 낮아지면 외부 기압과의 차이가 생깁니다. 이 기압 차이로 인해 통의 뚜껑은 바깥쪽으로 강하게 눌리게 됩니다. 뚜껑이 열리지 않는 이유는 바로 이 외부 기압이 통 내부의 저기압을 압박하기 때문입니다.
분자의 충돌 횟수: 진공 상태에서 통 내부의 공기 분자들은 외부의 공기 분자들보다 훨씬 적게 충돌합니다. 이는 내부 기압이 낮다는 것을 의미하며, 따라서 외부의 높은 기압이 통의 뚜껑을 강하게 누르게 만듭니다.
결론적으로, 진공 펌프를 사용하여 통 안의 공기를 제거하면 통 내부의 기압이 외부 기압보다 현저히 낮아집니다. 이 기압 차이로 인해 외부의 공기가 통의 뚜껑을 강하게 누르게 되고, 이 때문에 뚜껑이 쉽게 열리지 않게 됩니다.
By using a vacuum pump to remove the air inside the barrel, the air pressure inside the barrel remains safer than the outside air pressure. Due to the pressure difference, the outside air presses on the tab of the container, preventing it from opening.
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