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<얼음을 물에 넣으면 왜 금이 갈까? >
1. 탐구 목적
과학 수행평가로 탐구 보고서를 써야 했다. 방학 내내 과제이기 때문에 시간은 충분했지만 주제가 딱히 정해진 것이 아니라, 어떤 주제로 실험을 하면 보고서 10매를 다 채울 수 있을까. 하고 무척이나 고민했다.
그러다가 차가운 물을 먹고 싶어서 물에 얼음을 두 세 개쯤 넣었는데, 얼음이 탁~ 탁 하고 소리를 내면서 갈라지고 금이 가는 것을 보았다. 그것을 보고 어떤 요인들이 얼음에 금이 가게 하는지, 얼음이 금이 가는 이유가 뭔지 알기 위해서 실험을 하고 보고서를 쓰게 되었다.
2. 의문점
1> 얼음에 금이 가게 하는 요인에는 어떤 것이 있을까?
?? 액체의 종류와의 관계
?? 물의 양과의 관계
?? 물의 온도와의 관계
?? 얼음의 모양이나 두께와의 관계
?? 얼음의 온도(얼은 정도)와의 관계
2> 얼음에 금이 가는 이유는 무엇일까?
3. 준비물
얼음, 물, 수돗물, 사이다, 우유, 오렌지 주스, 식용유, 계량컵, 컵, 온도계, 시계, 얼음판 등
4. 실험 방법
얼음을 여러 가지 액체에 넣어 액체의 종류에 따라 갈라지는 정도가 다른지 측정한다. 얼음을 넣은 물의 온도, 양을 다르게 해서 얼음의 갈라지는 정도를 측정한다. 또 얼음의 모양이나 두께, 그리고 얼음의 온도를 다르게 해서 얼음을 물에 넣어 갈라지는 정도를 측정하여 그 정도를 비교해 본다. 또 사진으로 찍어서도 비교해 본다.
5. 탐구과정
1.얼음을 갈라지게 하는 요인은 무엇일까?
?액체의 종류와의 관계
실험> 액체의 종류에 따른 얼음의 변화
실험 방법> 얼음을 물, 수돗물, 사이다, 오렌지 쥬스, 우유, 식용유에 동시에 3개씩 넣어 갈라지는 정도를 비교했다.
액체의 종류
변화
물
3개중 2개에서 갈라짐.
수돗물
2개 갈라짐.
사이다
3개 갈라짐.
오렌지 쥬스
2개 갈라짐.
우유
3개 갈라짐.
식용유
전혀 갈라짐이 없음.
실험 결과>
알게된…(생략)
사실> 식용유는 얼음이 전혀 갈라지지 않았지만 물, 수돗물, 사이다, 오렌지 쥬스, 우유는 갈라지는 정도가 비슷했다. 즉 액체의 종류와 얼음의 갈라지는 정도는 별 관계가 없다.
?물의 양과의 관계
실험> 물의 양에 따른 얼음의 변화
실험 방법> 얼음을 50ml, 100ml, 150ml의 물에 각각 3개씩 넣고 갈라지는 정도와 개수의 비율을 비교했다.
물의 양
변화
50ml
2개가 갈라짐.(얼음이 물에 잠기지 않음)
100ml
3개가 갈라짐.
150ml
3개가 갈라짐.
실험 결과>
알게된 사실> 얼음이 잠길 만한 물의 양이면, 물의 양과 얼음이 갈라지는 것과는 관계가 없다.
? 물의 온도와의 관계
실험> 물의 온도에 따른 얼음의 변화
실험 방법> 얼음을 냉장고 안의 물(4도), 정수기 물(10도), 전자레인지에 덥힌 물(30도)에 각각 3개씩 넣고 갈라지는 정도와 개수의 비율을 비교했다.
실험 결과> 4도, 10도 30도의 물에 넣은 얼음이 갈라진 개수가 거의 같았다. 30도의 물에 있는 얼음이 너무 빨리 녹아서 제대로 살펴보지 못해 다시 실험해야 했다.
알게된 사실> 물의 온도와 얼음의 갈라지는 것과는 관계가 없다.
?얼음의 모양이나 두께와의 관계
실험> 얼음의 모양이나 두께에 따른 얼음의 변화
실험 방법> 얼음의 모양을 둥글게, 각지게, 길게 하고, 두께를 1cm, 3cm로 하여 물에 넣어 얼음의 변화를 관찰했다.
실험 결과> 얼음을 둥글게 한 것, 각지게 한 것 모두 얼음이 2개씩 갈라졌다. 그리고, 두께를 1cm, 3cm로 한 것 모두 얼음이 갈라졌다.
알게된 사실> 얼음의 모양이나 두께와 얼음의 변화와는 상관없다.(불안...^.~) 왜 실험 결과가 다 관계없다고 나오는지...
?얼음의 온도(얼은 정도)에 대한 관계
실험> 얼음의 온도(얼은 정도)에 따른 얼음의 변화
실험 방법> 얼음의 온도를 -15도, -10도, 5도, 0도로 하여 물에 넣어 얼음의 변화를 관찰했다.
* 얼음의 온도를 재는 방법
0도를 정확하게 측정하기 위해서는 얼음을 잘게 부수어 물과 섞고 한참 흔들어 준 다음 온도계를 넣고 잰다. 얼음 자체의 온도를 측정하는 방법은 용기에 물을 넣고 온도계를 넣은 다음 얼리는 것이다. 집에서 실험해보려면 유리 자체에 눈금이 새겨진 유리온도계를 물을 담은 그릇에 넣고 냉동실에서 얼리면 된다.
실험 결과>
얼음의 온도
변화
- 15도
얼음 3개가 모두 갈라짐.
- 10도
얼음 2개 갈라짐.
- 5도
갈라지는 얼음 없음.
0도
갈라지는 얼음 없음
알게된 사실> 얼음이 갈라지는 이유와 얼음의 온도는 관련이 있다. 즉, 약 -10도 정도보다 더 온도가 낮은 얼음이 물(액체)에 넣으면 탁탁 소리를 내며 갈라진다.
2. 얼음이 갈라지는 이유는 무엇일까?
얼음을 공기 중에 두면, 얼음은 갈라지지 않는다.
그리고 같은 온도, 같은 크기의 얼음을 공기 중에서 녹여 보고 5도의 차가운 물 속에서 녹여 보니, 차가운 물 속의 얼음은 완전히 다 녹는데 약 3분 20초가 걸리는데 공기 중의 얼음은 5분이 지나서야 완전히 녹았다. 여기서 볼 수 있듯이, 얼음이 공기 중에 있다가 갑자기 물 속에 들어감으로 인해, 얼음 바깥이 순간적으로 녹으면서 그 온도가 얼음 내부까지 전달되어 얼음이 갈라지는 현상이 일어나게 된다.
6. 결론
1> 얼음이 갈라지는 것은 얼음의 온도에 관계가 있다.
2> 얼음의 온도가 약 - 10도 이하일 때만 얼음이 갈라지는 현상이 발생한다.
3> 얼음의 모양이나 두께, 물의 온도, 물의 양, 액체의 종류(식용유 제외)는 얼음의 갈라지는 것과 별 관계가 없다.
4> 얼음이 갈라지는 이유는 얼음이 갑자기 물 속으로 들어감에 인해 얼음 바깥이 녹음으로 그 온도차이가 얼음 내부까지 전해져 금이 가게 된다.
7. 더 연구해 보고 싶은 점
1) 식용유에 넣은 얼음이 갈라지지 않는 이유에 대해서 무척이나 알고 싶다. 기회가 된다면 또 실험해 봐야겠다.
2) 물을 얼린 얼음 외에 오렌지 쥬스나, 사이다 같은 것을 얼려도 물에 넣어도 갈라지는 현상이 일어나는 지 궁금하다.
3) 얼음 안에 보면 조그만 방울들이 있는데 이 방울들이 왜 생기는 지도 궁금하다.
4) 얼음이 갈라지는 모습을 비디오 카메라에 담아( 1초에 약 30장씩) 얼음이 갈라지는 모습(어디서부터 어떻게 갈라지는지)을 더 자세히 관찰하고 싶다.
8. 느낀 점.
이 실험을 하는데 여러 가지 문제점들이 많아 너무 힘들었다.
실험 한 것을 사진으로 여러 장 찍었는데, 결국은 한 장도 나오지 않았다. 얼음 같은 것을 촬영하려면 특수 카메라로 찍어야 한다고 했다. 너무 가까이 찍어서 사진이 나오지 않는다고 하니, 어쩔 수 없는 일이다. 또, 동시에 얼음을 여러 컵에다 넣기도 힘들었고... 얼음의 온도를 재는 방법을 알아내는 데도 많은 시간이 필요했다.
또 얼음이 갈라지는 이유를 알기 위해서 많은 실험도 해 보고, 인터넷에서 자문을 구하기도 하였다. ‘안과 밖의 팽창류 차이’ 등의 어려운 말도 많았지만 스스로 실험을 해 보면서 하나 하나 깨닫게 되니 정말 기쁘다. 또 이렇게 힘들게 실험을 한 보람이 있는 것 같아서 정말 다행이다. 앞으로도 얼음만 보면 이 실험이 생각날 것 같다.
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