본문 바로가기

어린이 과학 실험

플라스틱 빨대의 탄성 측정 실험

생활 속에서 발견한 궁금증 하나, "왜 빨대는 휘었다 돌아오지?"

아이가 주스를 마시다가 말했다.
“아빠, 이거 봐. 빨대를 구부렸다가 놓으니까 다시 펴졌어!”
그 순간 나는 문득, 일상에서 자주 쓰는 이 작은 도구 하나로 과학 실험을 해볼 수 있겠다는 생각이 들었다.
많은 어른들이 탄성이라는 개념을 고등학교 때 처음 듣게 되지만, 사실 그 개념은 유치원생도 경험할 수 있다.
우리는 매일 물건을 누르고, 구부리고, 늘였다가 되돌려보며 무심코 ‘탄성’을 체험하고 있다.
하지만 그 ‘되돌아오는 힘’이 정확히 무엇인지, 어떻게 측정할 수 있는지 알고 있는 사람은 많지 않다.

그래서 우리는 오늘 이 글을 통해 아주 단순한 재료인 플라스틱 빨대를 이용해 탄성을 직접 측정하고, 그 원리를 이해해보고자 한다.
이 실험은 과학 원리뿐 아니라 아이들의 관찰력, 기록 능력, 실험 설계 능력까지 함께 길러줄 수 있어 교육적 효과도 크다.
또한 비용이 거의 들지 않아, 집에서 손쉽게 따라 할 수 있는 생활형 과학 실험 콘텐츠로도 탁월하다.

 

플라스틱 빨대의 탄성 측정 실험

실험 준비 및 절차: 탄성 측정의 시작, 빨대를 휘어보자!

이 실험을 위해 필요한 준비물은 매우 간단하다.
우리는 아래의 재료를 사용했다.

  • 동일한 크기의 플라스틱 빨대 5개
  • 자 (30cm 이상)
  • 무게 추(또는 작은 물건)
  • 클립 또는 실
  • A4용지와 펜
  • 스마트폰 (기록용 또는 영상 촬영용)

먼저 빨대를 책상 위에 수평으로 고정시키고, 한쪽 끝에 실을 묶은 후 작은 무게추를 점점 달아본다.
이때 빨대가 얼마나 휘어지는지를 눈금자를 통해 측정하면, 무게에 따른 변형의 정도를 수치로 기록할 수 있다.
탄성의 개념은 물체가 원래 모양으로 돌아가려는 성질을 뜻하므로, 무게를 제거했을 때 빨대가 얼마나 원상태로 복원되는지도 함께 관찰해야 한다.

실험 절차는 다음과 같다:

  1. 빨대의 한쪽 끝을 책상에 테이프로 고정
  2. 반대쪽 끝에 실을 달고 작은 물건을 차례대로 매달기
  3. 매달 때마다 빨대의 휘어진 정도(mm 단위)를 자로 측정하여 기록
  4. 무게를 제거하고 복원 정도를 관찰 및 기록
  5. 빨대 5개를 바꿔가며 반복 실험 후 평균값 도출

이 실험은 아이가 스스로 실험 계획서를 써보게 하거나, 실험 후 그래프를 그려보게 할 수도 있어 수학과의 연계 학습도 가능하다.
또한 물리 개념 중 하나인 하중과 응력, 복원력의 기초를 배울 수 있는 기회가 된다.

실험 결과 정리: 빨대도 물리 법칙을 따른다

실험 결과는 매우 흥미로웠다.
각 빨대마다 같은 무게를 달았을 때 휘어지는 정도는 거의 비슷했지만, 빨대의 브랜드나 두께에 따라 아주 미세한 차이가 존재했다.
특히 빨대의 길이가 길수록 휘어지는 폭이 훨씬 커졌으며, 무게를 제거한 후 돌아오는 속도나 복원 정도도 눈에 띄는 차이를 보였다.

무게 (g)휘어진 정도(mm)복원 여부복원 시간(초)
10g 1.2mm 완전 복원 1.0초
20g 3.8mm 완전 복원 1.3초
30g 6.7mm 거의 복원 1.8초
40g 10.5mm 불완전 복원 2.5초
50g 13.9mm 일부 변형 3.4초
 

아이와 함께 이 데이터를 보며 "왜 어떤 무게에서는 복원이 안 될까?"라는 질문을 던졌고,
그 과정에서 자연스럽게 탄성 한계(탄성 계수)와 영구 변형이라는 개념이 등장했다.

이 실험을 통해 우리는 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다:

  • 일정 무게 이하에서는 빨대가 완전히 복원된다 → 탄성 범위 내 변형
  • 일정 무게를 넘기면 빨대가 복원되지 않는다 → 탄성 한계를 초과한 영구 변형
  • 빨대의 탄성은 온도, 두께, 재질에 따라 달라진다

이 결과는 우리가 자주 사용하는 물건이 단순한 도구가 아니라, 정밀한 물리 원리 위에 작동하고 있다는 사실을 보여준다.

과학 개념 설명: 빨대 속에 숨어 있는 탄성 이야기

그렇다면 ‘탄성’이란 정확히 무엇일까?
과학적으로 탄성이란 물체가 외부 힘에 의해 변형된 후, 힘이 제거되면 원래의 형태로 돌아가려는 성질을 말한다.
가장 대표적인 예가 고무줄, 스프링, 그리고 우리가 사용한 플라스틱 빨대이다.

이 실험에서 등장한 중요한 개념은 다음과 같다:

탄성력

물체가 늘어나거나 휘어졌을 때, 원래대로 돌아가려고 하는 힘
→ “눌렀다가 놓았을 때 튕기는 힘”

훅의 법칙

F = kx
즉, 힘(F)은 탄성계수(k) × 변형된 길이(x)
→ 아이들에게는 ‘힘을 더 줄수록 더 많이 휘어진다’는 식으로 쉽게 설명 가능

탄성계수 (k값)

재질에 따라 복원하는 힘의 정도가 다르다
→ 같은 무게를 올려도 어떤 빨대는 조금만 휘고, 어떤 빨대는 많이 휜다

탄성 한계

복원 가능한 한계 지점을 넘어서면 원래대로 돌아오지 않는다
→ 50g 이상에서 빨대가 다시 펴지지 않았던 이유

이러한 개념을 아이의 눈높이에 맞게 그림으로 표현하거나, 고무줄 실험과 비교하면서 설명하면 훨씬 더 쉽게 이해시킬 수 있다.
그리고 이 내용을 기록한 후 직접 ‘빨대 탄성 실험 리포트’를 작성해 보는 활동으로 연결하면, 과학 글쓰기와 발표력 향상에도 도움이 된다.

확장 활동 및 마무리: “빨대 실험, 여기서 끝이 아니다”

이 실험은 단순히 빨대를 휘어보는 데 그치지 않는다.
여기서 파생시킬 수 있는 확장 실험과 교육적 응용은 매우 다양하다.

실험 확장 아이디어

  • 종이빨대 vs 플라스틱 빨대 vs 실리콘 빨대의 탄성 비교
  • 온도 변화에 따른 탄성 차이 실험 (따뜻한 물 vs 차가운 물)
  • 물속에 담근 빨대의 탄성 비교 실험 (습도 영향)
  • 빨대의 절단 길이에 따른 탄성 변화 실험

배운 내용을 토대로 질문 던지기

  • 왜 어떤 재료는 잘 휘어지고 어떤 재료는 딱딱할까?
  • 자동차 서스펜션에 사용되는 스프링도 이런 원리일까?
  • 운동화 바닥에 들어간 충격 흡수 재질은 어떤 탄성을 가질까?

이처럼 빨대라는 단순한 재료 하나로도 아이들은 깊고 넓은 과학의 세계를 자연스럽게 경험할 수 있다.
무엇보다 중요한 것은, 과학은 실험실이 아니라 생활 속에서 발견된다는 메시지다.
아이와 함께 웃으며 탐구하는 시간, 그 자체가 가장 소중한 과학 수업이다.