탁한 물을 정화해보자: 필터링 실험

더러운 물이 깨끗해지는 과정을 아이 눈높이에서 관찰하다

아이들은 종종 물이 더러워지면 ‘마법처럼 깨끗해지는’ 정수기의 원리를 궁금해한다. 투명한 컵 속에서 검은색이던 물이 어느새 맑아지는 것을 보면 아이들은 신기해하며 이렇게 묻곤 한다. “이거 안에 뭐가 들어 있는 거예요?” 어른들은 흔히 “필터가 있어서 그래”라고 대답하지만, 정작 필터가 무엇이고, 어떻게 더러운 물이 깨끗해지는지 설명해 주기란 쉽지 않다.

정수(淨水)는 일상생활에서 아주 중요하지만, 아이들이 과학적으로 접근할 기회는 많지 않다. 그래서 이 실험은 단순히 재미를 위한 활동을 넘어서, 물리적 여과의 개념과 환경 과학의 기초를 동시에 체험할 수 있는 훌륭한 기회가 된다. 또한 필터링 원리는 생명 유지에 필수적인 기술 중 하나이며, 실제로는 우주선, 군용 장비, 개발도상국의 생존 장비에서도 핵심 역할을 한다.

이번 실험에서는 집에 있는 간단한 재료들만으로 직접 정수 필터를 만들어보고, 탁한 물이 얼마나 맑아질 수 있는지, 그리고 무엇이 정화의 핵심 요소인지를 눈으로 확인하는 과정을 중심으로 구성한다. 아이 스스로 문제를 정의하고, 해결하고, 결과를 관찰하며 새로운 질문을 만드는 과정을 경험하게 된다면, 이 실험은 단순한 과학놀이를 넘어 과학적 사고력을 키우는 기회가 될 수 있다.

이제부터 우리는 집에서 손쉽게 실험 가능한 필터링 실험을 직접 해보면서, 더러운 물이 어떤 원리로 깨끗해지는지를 어린이의 눈높이에 맞게 하나씩 살펴보자.

실험에 필요한 준비물: 정수기의 비밀을 꺼내보자

실험의 핵심은 ‘정화 과정’을 직접 만들고 관찰하는 것이다. 이를 위해 우리는 정수기의 작은 축소판을 손으로 만들어볼 것이다. 이 과정에서 필요한 준비물은 대부분 집에서도 쉽게 구할 수 있는 것들로 구성되어 있다. 그리고 각각의 준비물에는 모두 과학적 의미가 담겨 있다.

 준비물 목록

• 빈 생수병 또는 페트병 2개: 하나는 정화장치 용기, 하나는 물 받이용
• 면 거즈 혹은 커피 필터: 1차적인 큰 입자 여과용
• 모래 (굵은 모래, 고운 모래 두 종류 있으면 더 좋음): 물리적 여과 층
• 자갈 또는 조약돌: 입자가 큰 오염물 제거
• 숯 가루 또는 활성탄 (선택): 냄새 제거 및 미세한 불순물 흡착
• 고무줄 또는 테이프: 용기 고정용
• 가위: 생수병 자를 때 필요
• 더러운 물: 실험용 오염수 (흙, 식용유, 잔디, 커피가루 섞인 물 등)

준비물의 과학적 역할 요약

재료역할

자갈	가장 큰 입자의 이물질을 걸러냄
굵은 모래	자갈보다 작은 입자 제거
고운 모래	미세한 흙 입자 여과
면 거즈/커피 필터	마이크로 수준 입자 여과
숯	냄새 제거 및 화학적 흡착 작용

 

실제로 우리가 사용하는 정수기 필터도 다층 구조를 가지고 있다. 각 층은 물속의 오염을 한 단계씩 제거하며 점진적 정화 원리를 따른다. 이 실험에서도 동일한 개념을 적용해 본다.

 

실험 방법: 탁한 물을 깨끗하게 만드는 6단계 정화 시스템

자, 이제 본격적으로 실험을 시작해 보자. 실험 전에는 아이와 함께 “왜 더러운 물을 정화해야 할까?”, “모든 물은 마시면 안전할까?”와 같은 질문을 나누며 과학적 호기심을 자극해 주는 것도 좋다. 아래는 실제 실험 단계별 진행 방법이다.

 Step 1: 페트병 정수기 만들기

1. 생수병 윗부분을 가위로 자른다 (1/3 지점)
2. 자른 윗부분을 거꾸로 세워, 나머지 페트병에 깔때기처럼 꽂는다
3. 생수병 입구에는 거즈 또는 커피 필터를 단단히 씌우고 고무줄로 고정한다

Step 2: 정화 층 재료 채우기

1. 가장 아래층: 자갈을 2~3cm 깔아준다
2. 그 위에 굵은 모래, 고운 모래 순서로 각 2~3cm 정도씩 올린다
3. 맨 위에는 숯 가루나 활성탄을 넣는다 (없으면 생략 가능)
4. 재료가 쏟아지지 않도록 적당히 눌러준다

Step 3: 오염된 물 만들기

• 컵에 흙, 커피가루, 잔디 조각, 식용유 등을 섞어 ‘정말 보기 싫은’ 물을 만든다
• 이때 아이가 직접 만들게 하면 더 몰입도가 높아진다

Step 4: 정화 시작!

1. 오염된 물을 준비한 필터 장치에 천천히 붓는다
2. 물이 아래쪽 페트병으로 한 방울씩 떨어지기 시작한다
3. 관찰 포인트:
   • 투명도 변화
   • 냄새 유무
   • 거품, 기름 성분 제거 여부

Step 5: 여러 번 걸러보기

• 한 번 걸러진 물을 다시 위에서 부어 2차 여과를 진행한다
• 실험을 반복할수록 물이 더 맑아지는 것을 관찰할 수 있다

Step 6: 실험 후 비교

• 실험 전과 후의 물을 각각 컵에 담아 비교
• 아이와 함께 “정말 마셔도 될까?”, “무엇이 제거된 것 같아?” 등 질문해 보기

 

실험 결과와 과학적 원리: 눈으로 보는 과학, 머리로 이해하는 정화

이 실험의 가장 큰 특징은 결과가 즉시 시각적으로 드러난다는 점이다. 아이들은 실험 전에는 ‘이게 될까?’라는 의심을 품지만, 실제로 필터를 통과한 물이 점점 맑아지는 것을 보면 큰 흥미를 느낀다.

관찰할 수 있는 주요 변화들

• 흙이나 잔디 같은 크고 무거운 물질은 상층에서 걸러진다
• 커피가루, 찌꺼기 같은 미세한 입자는 모래 층에서 여과된다
• 식용유나 색소 등은 숯에서 일부 제거되며 냄새도 줄어든다

필터링의 과학 원리 정리

층역할과학 개념

자갈층	큰 이물질 차단	물리적 여과
모래층	작은 입자 제거	입자 크기별 걸림
숯층	화학물질 흡착	표면적-흡착 작용
필터지	미세 입자 여과	막여과 원리

 

아이들은 단순히 “깨끗해졌다”는 결과만 보는 것이 아니라, 여러 겹의 여과 구조 속에서 각 재료가 어떤 기능을 하는지를 직접 체험하게 된다. 이렇게 구체적인 관찰과 설명을 통해, 과학적 추론 능력과 창의적 문제 해결 사고가 자라난다.

 

실험의 확장과 응용: 아이 눈높이에서 시작해 환경과 과학을 잇다

이번 필터링 실험은 단순히 "물"을 정화하는 데서 끝나지 않는다. 오히려 이 실험은 아이에게 세 가지 관점을 동시에 키워주는 확장 가능한 과학 학습 도구다. 바로 문제 해결력, 환경 의식, 그리고 실생활 응용 능력이다.

확장 실험 ①: 필터 구조를 바꿔보기

실험을 한 번 해보고 끝내는 것보다는, 다양한 변수들을 조절해 보며 실험을 반복해 보는 것이 과학적인 접근이다. 예를 들어, 아이에게 다음과 같은 실험 조건을 바꿔보도록 제안해 볼 수 있다.

• 숯을 뺐을 때의 정화 효과는 어떨까?
• 모래 없이 자갈과 거즈만 넣으면 어떤 차이가 있을까?
• 필터 순서를 바꿔보면 어떤 변화가 생길까?
• 2차 필터링을 반복하면 얼마나 더 맑아질까?

이런 방식은 아이에게 자연스럽게 가설 → 실험 → 관찰 → 결론의 사이클을 경험하게 해 준다. 책에서 보는 과학이 아니라, 내가 손으로 직접 만들어보고, 내 눈으로 확인한 과학은 훨씬 더 강력하게 아이의 뇌에 각인된다.

확장 실험 ②: 실제 정수기 속 필터 구조와 비교하기

이 실험을 통해 “직접 만든 필터는 진짜 정수기랑 뭐가 다를까?”라는 호기심을 자극할 수 있다. 아이와 함께 실제 정수기 필터 교체 시기나 구조를 조사해 보고, 활성탄, 세라믹, 중공사막 필터 등 고급 정수기의 여과 방식에 대해 알아보는 것도 좋은 확장 학습이다.

실제 정수기 회사의 홈페이지나 제품 설명서를 함께 읽어보면, 아이는 “우리가 한 실험이 실제 정수기 원리와 거의 비슷하구나!”라는 사실에 놀라워할 것이다. 이 과정을 통해 아이는 단순한 ‘놀이’를 넘어, 과학적 기술의 실생활 응용성을 깨닫게 된다.

확장 실험 ③: 환경 보호와 연결하기

이 실험을 마친 후, 아이와 함께 지구촌의 물 부족 문제에 대해서도 이야기 나눠볼 수 있다.
많은 나라에서는 깨끗한 물을 구하지 못해 여전히 병에 걸리거나 목숨을 잃는 사람들이 많다.
아이에게 아래와 같은 질문을 던져볼 수 있다.

• “만약 우리 집에 수도가 끊긴다면 어떻게 해야 할까?”
• “깨끗한 물이 귀한 나라에서는 이 실험이 정말 중요한 기술이 될 수도 있지 않을까?”
• “플라스틱병을 다시 사용하는 것도 환경 보호가 되는 걸까?”

이렇게 자연스럽게 물 자원의 소중함, 환경 문제, 재사용의 개념, 기술의 인류 기여 가능성 등을 접목하면, 실험은 단순한 과학놀이가 아닌 인성과 지식을 함께 키우는 학습 경험으로 전환된다.

 

과학은 아이의 손끝에서 시작된다

“탁한 물을 깨끗하게 만들 수 있을까?”라는 질문에서 시작된 이번 실험은, 단순한 정화 실험을 넘어 아이의 마음과 머릿속에 과학의 씨앗을 심어준다. 아이는 눈앞에서 일어나는 변화들을 보면서 “왜?”, “어떻게?”라는 질문을 스스로 품게 되고, 그 질문이 더 나은 실험으로 이어지며 자기 주도적 과학 사고력이 자라난다.