자, 여기 입구가 약간 좁은 병이 있어요. 이 병 속에 석유를 붓고 병 입구를 위로 향하게 해서 물속에 담근 후, 마개를 열어 봅니다. 석유는 병 속에 그대로 있고 수면으로 떠오르지 않습니다. 왜 그럴까요? 석유가 물보다 비중이 작지 않나요?
“작아요.”
그러면 왜 이런 일이 생기는 것일까요? 병의 좁은 입구를 통해 석유가 흘러나오고 물이 들어가야만 하는데, 물과 석유가 서로 지나갈 만한 충분한 공간이 없기 때문입니다. 이제 더 놀라운 사실을 알게 될 거예요.
자, 여기 입구가 아주 좁은 시험관이 있어요. 공기가 가득 들어 있죠. 병 입구를 위로 향하게 해서 물속에 담가 봅니다. 공기가 빠져나오고 물이 시험관 안으로 들어갈까요?
“아니요.”
공기가 물보다 비중이 작다는 것은 변하지 않는 사실입니다. 그러나 병 입구가 너무 좁아 공기와 물이 동시에 지나갈 만한 공간을 찾지 못하는 거예요. 말하자면 서로 움직이지 못하는 거죠. 마치 알린과 이렌이 아주 좁은 복도에서 마주치면 서로 지나갈 수 없는 것과 마찬가지 원리예요.
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여기 U자형 관이 있어요. 이 관은 서로 연결되어 통하는 2개의 관으로 만들어져 있어요. 이 관의 한쪽 입구에 물을 붓기 시작하면 2개의 관에 똑같은 높이로 물이 차올라요. U자형 관의 물 높이가 수평을 이루면 더 이상 물은 움직이지 않습니다. 물은 왼쪽과 오른쪽에서 같은 크기의 압력을 받고 있기 때문이죠. 즉, 대기압과 같은 높이로 물의 압력을 받고 있어요.
자, 여기 서로 연결된 병이 있어요. 비슷하게 생긴 2개의 유리병인데 이 2개는 튜브로 연결되어 있어요. 이것으로 실험을 해도 같은 결과를 얻을 수 있을까요?
이렌이 왼쪽 병에 물을 붓자, 왼쪽 병에 있는 물의 일부가 오른쪽 병으로 옮겨 가는 것을 볼 수 있었다.
왼쪽 병에 물이 더 많을까요? 아니에요. 자, 이제 양쪽 병 속의 물 높이가 같아졌어요. 튜브 안의 물은 이제 더 이상 움직이지 않아요. 양쪽이 똑같은 크기의 압력을 받고 있기 때문이죠. 이때 가해지는 압력은 대기압과 같은 높이의 물의 압력이에요.
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정육면체는 한 변의 길이를 통해서 부피를 측정할 수 있어요. 자, 여기 모양이 일정하지 않은 유황 조각이 있군요. 이 유황 조각의 부피를 측정한다는 것은 불가능해 보입니다.
그런데도 이런 조각이 몇 세제곱센티미터가 되는지 그 부피를 측정할 수 있는 방법을 고안해 낸 영리한 사람들이 있어요. 우선 물이 빠져나갈 수 있는 관이 중간에 달려 있는 비커가 필요합니다. 그럼, 그걸 가지고 어떤 방법을 썼는지 알아봅시다.
자, 여기 그 문제의 비커가 있어요. 관까지 물을 가득 채우세요. 그런 다음 이 비커 안의 물속에 유황 조각을 집어넣습니다. 이때 관을 통해 넘친 물을 눈금이 새겨진 시험관에 담아요. 유황 조각을 넣었을 때 흘러넘친 물의 세제곱센티미터 수가 곧 유황의 부피가 되는 것이죠. 83세제곱센티미터가 되는군요.