양초가 꺼질 때의 산소 실험: 컵 씌우기 관찰

왜 불은 꺼질까? 아이의 질문에서 시작된 실험

불을 보면 대부분의 아이들은 신기해합니다. 깜빡이는 촛불의 움직임, 따뜻한 열기, 그리고 무엇보다 신기한 건 — 어느 순간 그 불이 꺼진다는 사실입니다. "불은 왜 꺼지는 거야?", "컵을 씌우면 왜 더 빨리 꺼질까?", 이런 단순하지만 날카로운 질문들은 아이들의 과학적 사고력의 시작점이 됩니다.
이 글에서는 어린이도 이해할 수 있도록, 양초가 꺼지는 이유, 산소와의 관계, 그리고 직접 해볼 수 있는 컵 씌우기 실험을 구체적으로 다뤄보려 합니다.
과학은 멀리 있지 않습니다. 식탁 위의 양초 하나로도 우리는 세상의 원리를 관찰하고 이해할 수 있습니다. 실험을 통해 산소가 왜 필요한지, 불이 어떻게 꺼지는지, 그리고 그것이 우리의 일상생활과 어떻게 연결되는지를 천천히 풀어보겠습니다.

이 실험은 초등학생도 충분히 따라 할 수 있으며, 학부모님과 함께하면 안전하게 즐길 수 있는 흥미로운 과학 체험이 될 것입니다.

 

실험 준비와 안전: 집에서도 안전하게 과학자처럼

양초 실험은 비교적 간단해 보이지만, 불을 다루는 실험인 만큼 반드시 안전수칙을 먼저 확인해야 합니다.
실험을 진행하기 전에는 다음과 같은 준비물과 조건을 확인해 주세요.

실험 준비물

• 작은 양초 1~3개 (티라이트 양초가 가장 안전하고 안정적)
• 투명 유리컵 또는 플라스틱 컵 (뜨거운 열을 견딜 수 있는 내열 유리 추천)
• 접시 또는 물을 받을 수 있는 쟁반
• 물 (1/3컵 정도)
• 라이터 또는 성냥 (성인은 반드시 보호자)

안전수칙

• 반드시 어른이 함께 있는 상태에서 실험을 해야 합니다.
• 불이 꺼진 후에도 컵이나 양초는 매우 뜨거우므로 손대지 않도록 지도합니다.
• 실험 후에는 불씨가 완전히 꺼졌는지 확인해야 합니다.
• 실험은 환기 잘 되는 곳에서 진행하는 것이 좋습니다.

왜 안전이 중요할까?

과학 실험은 흥미롭지만 언제나 안전이 최우선입니다.
특히 불, 열, 기압과 관련된 실험은 아이의 과학적 흥미를 자극하는 동시에 위험성도 존재하기 때문에, 실험 전후 과정에서 보호자의 적극적인 참여가 필요합니다.
준비가 끝났다면 이제 본격적인 실험을 시작해 볼 차례입니다.

 

실험 진행: 촛불에 컵을 덮으면 어떤 일이 일어날까?

 실험 방법

1. 접시 위에 양초를 올려놓고 촛불을 켭니다.
2. 촛불 주변에 물을 0.5~1cm 깊이로 살짝 붓습니다. (불에 닿지 않도록 주의)
3. 촛불이 안정적으로 타기 시작하면, 그 위에 투명한 컵을 살며시 덮습니다.
4. 이제 관찰이 시작됩니다!

 관찰 포인트

• 컵을 덮자마자 촛불이 조금 흔들리며 점점 약해집니다.
• 몇 초 후 촛불이 스스로 꺼집니다.
• 동시에 컵 내부에는 물방울이 맺히고, 접시 위의 물이 컵 안으로 살짝 들어갑니다.
• 컵 아래의 물 높이가 살짝 올라가는 현상도 볼 수 있습니다.

 왜 이런 현상이 일어나는가?

1. 산소 소모
   • 불은 산소를 사용해 타는 화학반응입니다. 컵을 덮으면 공기 공급이 차단되고, 내부 산소가 급속히 줄어듭니다.
   • 산소가 줄어들면 더 이상 연소(불꽃 유지)가 일어나지 못해 불이 꺼집니다.
2. 기압 변화
   • 촛불이 타는 동안 내부 공기가 데워지면서 팽창합니다.
   • 불이 꺼지고 내부 온도가 낮아지면, 기체가 수축하며 컵 안의 압력이 낮아지고 외부보다 내부 압력이 낮아져 물이 빨려 들어옵니다.
3. 이슬 맺힘
   • 연소 과정에서 생긴 수증기가 컵 내부의 차가운 벽면에 닿으며 응결(이슬 맺힘) 현상이 발생합니다.

이 실험 하나에만도 무려 3~4개의 중요한 과학 개념이 포함돼 있습니다.
산소, 연소, 기압, 응결, 이 모든 것을 한 번에 체험하며 관찰할 수 있는 고효율 실험입니다.

 

과학적 원리 설명: 어린이 눈높이로 풀어보는 산소와 불의 관계

불은 왜 산소를 좋아할까?

불이 붙는 과정은 단순히 ‘뜨겁다’는 것이 아닙니다.
불은 연료 + 산소 + 열이라는 3가지 조건이 모두 갖춰져야만 유지될 수 있는 화학 반응입니다.
이것을 과학적으로 연소 반응(Combustion)이라고 부릅니다.

양초의 경우, 심지가 타면서 양초 왁스가 녹아 연료 역할을 하게 되고, 이 연료가 산소와 반응하여 불꽃이 생기는 구조입니다.
그런데 컵을 덮으면 산소 공급이 끊기게 되며, 연소가 멈추고 불은 자연스럽게 꺼집니다.

컵 안의 물이 빨려 들어가는 이유는?

불이 타면서 컵 안의 공기는 점점 뜨거워지며 팽창합니다.
불이 꺼지고 나면 공기가 식으며 수축하게 되고, 그 순간 내부 기압이 낮아져 외부의 압력이 물을 컵 안으로 밀어 넣습니다.
이것은 진공 상태에 가까운 낮은 기압이 만들어낸 현상으로, 물이 ‘스스로 올라온 것처럼’ 보이지만, 사실은 기압 차이로 인해 이동한 것입니다.

아이들에게 쉽게 설명하는 법

“불은 숨을 쉬어야 해. 우리가 숨 쉬듯이 산소를 먹고살아.
컵을 씌우면 숨을 못 쉬니까, 불도 지쳐서 꺼지는 거야!”

이렇게 의인화된 설명을 통해 아이들은 과학 개념을 친숙하게 이해할 수 있습니다.

 

확장 활동과 실생활 연결: 아이의 호기심을 더 키워보자

실험 응용 및 확장 실험 제안

• 컵 크기에 따른 촛불 꺼짐 시간 측정
  • 컵의 크기(작은 컵 vs 큰 컵)에 따라 촛불이 얼마나 오래 타는지를 비교해 볼 수 있습니다.
  • → 결론: 큰 컵일수록 내부 산소가 더 많아 불이 오래 탐
• 여러 개의 양초를 동시에 덮어보기
  • 한 컵 안에 양초 1개, 2개, 3개를 놓고 각각 꺼지는 시간을 측정해 보세요.
  • → 결론: 양초 수가 많을수록 산소 소모가 빨라 불이 더 빨리 꺼짐

생활 속 연결

• 산소가 얼마나 중요한가요?
  • 양초 실험을 통해 사람도 산소가 없으면 살 수 없다는 사실을 연결해 설명할 수 있습니다.
  • "우리가 숨 쉬지 않으면 숨이 막히는 것처럼, 불도 산소 없이는 살 수 없단다."
• 화재 진압과 연결
  • 소방관들이 불을 끌 때 물이나 이산화탄소를 뿌리는 이유도 산소를 차단하기 위함입니다.
  • 이 실험을 통해 아이는 불의 위험성과 대처법을 간접적으로 이해하게 됩니다.

 

작지만 큰 과학, 양초 실험의 가치

컵 하나, 양초 하나, 물 한 컵만으로도 우리는 아이에게 놀라운 과학의 세계를 열어줄 수 있습니다.
이 실험은 단지 촛불을 꺼뜨리는 것이 아니라, 산소의 존재, 연소 반응, 기압 차이, 기체의 팽창과 수축 같은 복합적인 과학 원리를 한눈에 보여주는 완벽한 기초 과학 실험입니다.

무엇보다 중요한 건, 아이가 직접 보고, 만지고, 질문하면서 스스로 사고하고 느끼게 만드는 과정입니다.
과학은 정답을 알려주는 것이 아니라, 질문을 만들어가는 과정이니까요.