열기구 타고 멀리, 멀리~

241년 전 오늘, 인류는 미래에 한걸음 더 가까워진 도전에 성공했습니다. 바로 세계 최초 열기구 실험 비행에 성공한 것이죠. 새처럼, 하늘을 날 수 있을 것이라는 인간의 믿음이 실제로 드러난 날인데요. 화학의 힘으로 이뤄낸 6월의 역사적 사건! 같이 알아볼까요?

 

 

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세계 최초 열기구 실험 비행

   

1783년 6월 5일, 프랑스 아노네 지역 상공 2,000m로 비행 물체가 떠올랐습니다. 이 비행물체는 공식적으로 인정된 열기구의 최초 비행, 몽골피에 형제의 발명품이었습니다. 

열기구의 발명은 군사 요새인 ‘지브롤터 요새’ 침입이 목적이었는데요. 형인 조셉 몽골피에는 기구를 사용해 공중에서 군대를 투입하면 어떨까하는 생각으로 열기구를 발명하기 시작했습니다. 

몽골피에 형제는 1782년부터 실험을 시작해 1783년 여름, 최초 공개 실험이 진행되었습니다. 열기구는 고도 1,600~2,000m를 유지하며 2km를 약 10분동안 비행했습니다. 이후 몽골피에 형제의 실험 소식이 프랑스 전역에 알려지며 1783년 9월에는 양과 오리, 닭을 실은 비행이 베르사유 궁전에서 시행되었습니다. 이 또한 3km를 8분간 움직이며 비행 성공을 알렸고 같은 해 11월 최초의 유인 열기구 비행이 성공하며 인류의 기구 비행 역사는 시작되었습니다.

 

 

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열기구의 시작, 연기와 공기

  

사실, 인간을 최초로 날게 만든 것은 열기구가 아니라 글라이더였는데요. 글라이더는 두 날개의 양력을 사용해 비행하는 물체인데, 유인 비행의 경우 부상의 위험이 많고 이착륙이 어려워 상업적, 군사적으로 사용이 어려웠죠. 앞서 말했듯 몽골피에 형제는 군사적 용도로 사용할 비행체가 필요했기 때문에 열기구를 발명하게 된 것입니다. 

몽골피에 형제는 ‘연기가 공기보다 가볍다’는 사실을 토대로 열기구를 발명하기 시작했는데요. 빨래를 말리기 위해 피운 불에서 나온 연기로 바지 주머니가 부풀며 공중으로 날아오르려 하자, 몽골피에 형제는 ‘연기가 공기보다 가볍다’, ‘공기를 가열하면 상승한다’고 생각했습니다. 이 같은 원리를 바로 기체 팽창의 법칙이라고 부른답니다. 

 

 

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열기구의 원리

   

기체 팽창의 법칙이란, 기체가 온도에 따라 부피가 변화되는 기체의 성질을 의미하는 것인데요. 이를 이해하기 위해서는 물질의 상태에 대해서 알아야 합니다. 물질은 크게 고체, 액체, 기체의 상태를 가지게 되는데 이때 물질의 분자는 고체일 때 가장 강한 결합을 가지고 기체일 때 결합이 끊어진 상태를 가집니다. 때문에 기체의 분자는 자유분방하게 움직일 수 있죠.

이때 온도가 높아지면 열에너지가 발생해 기체 분자의 운동을 활발하게 만드는데요. 분자의 움직임이 활발할수록 더 넓은 범위에 기체 분자가 퍼져 더 큰 부피를 차지하게 됩니다. 이 같은 기체의 성질을 정리한 것이 바로 ‘샤를의 법칙’인데요. 기준 온도에서 273℃가 올라가면 기체의 부피는 2배가 되는 기체의 성질을 설명하고 있습니다. 

▶기체의 성질과 샤를의 법칙에 대해 더 알고 싶다면?

기체의 성질 – [생활 속 과학 이야기 3]

 

 

 

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직접 만드는 작은 열기구 실험

   

기체의 법칙을 이용해 열기구를 띄우는 방식은 인류에게 ‘비행’의 가능성을 열어주었는데요. 동력 없이도 원하는 높이, 원하는 위치까지 올라갈 수 있는 열기구, 집에서도 만들 수 있답니다!

준비물은 비닐봉지와 가는 철사, 알코올 솜과 불이 필요합니다. 먼저 비닐봉지 입구에 가는 철사를 둘러 공기가 들어가기 쉽게 만들어줍니다. 이때 입구가 작으면 비닐이 녹을 수 있어 큰 비닐을 사용하거나 입구를 크게 만들어야 합니다. 

입구 아래에는 철사와 알코올 솜을 연결한 뒤 비닐봉지를 세운 상태로 알코올 솜에 불을 붙이면 됩니다. 불이 붙은 알코올 솜은 주변 공기를 데워 비닐봉지 안으로 팽창된 공기가 들어가게 되고 비닐봉지 열기구는 상승할 수 있습니다. 

작은 열기구 만들기 실험은 알코올 솜과 불을 사용하기 때문에 안전에 특히 유의해야 하며 어린이의 경우 반드시 어른의 도움이 필요합니다. 주변 인화성 물질을 치우고, 알코올 솜을 적당히 짜내어 화재를 예방하고 소화기나 물을 준비해 안전한 실험을 하시기 바랍니다. 가급적 실내보다는 바람 불지 않는 날 실외에서의 실험을 추천드립니다.  

 

“일단 비행을 맛보고 나면, 당신은 눈을 하늘로 돌린 채 지구를 영원히 걸을 것이다” 발명가이자 화가인 레오나르도 다빈치의 말입니다. 몽골피에 형제의 열기구는 인류에게 하늘이라는 새로운 지평을 열어 주었고, 인류는 하늘을 나는 힘으로 우주까지 나아갈 수 있게 되었습니다. 인류는 이제 땅에 발 붙이고 살던 과거에서 더 넓은 세상, 더 광활한 우주로 나아갈 것입니다. 그리고 그 위대한 시작에는 기체의 성질을 이용한 열기구가 있었습니다. 

 

 

 

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종합 케미칼 & 에너지 리더,

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