브라운 운동 관찰

가상실험 - 직접 접속해서 조작해 볼 수 있어. 이미 하다가 왔겠지?

http://sciencej1.cafe24.com/html5/brownmotion/brown.html

 

그럼 아래 설명을 읽어 보면서 활동해 보자.

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브라운 운동(Brownian motion)은 1827년 스코틀랜드 식물학자 로버트 브라운(Robert Brown)이 발견한, 액체나 기체 속에서 꽃가루와 같은 작은입자들이 불규칙하게 운동하는 현상이다.

처음에는 이유를 알지 못해 여러가지 학설들이 있었으나 나중에 연구들을 통해 주위에 있는 액체분자에 의한 충돌 때문에 브라운 운동을 하게 된다는 것을 알게 되었다.

 

물위에 떠있는 꽃가루를 현미경으로 관찰해 보면, 살아있는 생명체 처럼 무작위로 움직이는 것을 볼 수 있다. 이는 주변에 있는 물입자들이 끊임 없이 운동하기 때문이다. 그런데 우리는 물 입자를 볼 수 없기 때문에 꽃가루가 움직이는 것만 볼 수 있다. 이런 현상을 브라운 운동이라 하는데 이는 모든 입자(분자)가 끊임없이 운동한다는 증거가 된다.

가상실험에서 빨간색 원은 먼지입자(또는 꽃가루)라고 가정하고
하얀색 원은 공기를 포함한 기체 분자(또는 액체입자) 라고 가정해 보자.

1. 그리고 운동시작 버튼을 누르면 빨간색 원이 움직이는 것을 확인할 수 있다.

 

2. 빨간색 원이 혼자 움직이는 것 처럼 보인다.

(실제 분자는 눈에 보이지 않는다. 브라운도 주변 분자는 볼 수 없었지만, 비교적 큰 빨간색 분자가 움직이는 것을 보고 주변에 눈에 보이지 않는 작은 입자(분자)들이 끊임 없이 운동하고 있다는 것을 알아낸 것이다.)

입자 보이기를 눌러 주변 입자 때문에 움직이고 있다는 것을 확인해 보자.

3. 우측에 온도를 상승시키거나 하강시켜 가면서 브라운 운동을 관찰해 보자. 어떤 변화가 있는가?

왜 온도가 높아지면 빨간색 원의 운동이 활발해 지는가?

(입자가 운동하는게 맞다면 온도가 높아질수록 분자 운동이 활발해 지니까 속도가 빨라질 것이다.)

 

4. 흔적표시를 눌러 빨간색 원이 지나간 흔적을 관찰하거나 삭제할 수 있다.

   소리표시에 체크하면 충돌하는 소리를 들을 수 있다.

 

<추가질문>

1. 주변입자가 없어진다면 어떤일이 생길까?

 

2. 만약 빨간색 원의 크기가 엄청나게 커진다면 어떻게 될까?

(거의 움직임을 관찰할 수 없다. 그래서 우리는 현미경을 이용하지 않고는 일상생활에서 브라운 운동을 관찰하기가 쉽지 않은 것이다.)