흔든 콜라, 두드리면 덜 넘칠까

충격과 진동에 따른 이산화탄소의 방출량 변화에 대한 탐구

흔든 콜라는 뚜껑을 따는 순간 거품이 솟구칩니다. 그런데 뚜껑을 몇 번 두드린 뒤 따면 괜찮다는 말이 있습니다. 정말 그럴까요? 이 탐구는 세게 흔든 콜라의 뚜껑에 쇠구슬로 충격을 주거나 옆면에 스피커로 진동을 준 뒤, 뚜껑을 열기 전과 후의 질량을 재서 빠져나간 기체의 양을 같은 시간 그냥 둔 콜라와 비교했습니다. 충격과 진동은 기체 방출량을 각각 최대 약 27%, 23% 줄였고, 그 까닭을 흔들 때 생긴 작은 기포가 핵이 되어 기체를 끌어내는 핵화 현상으로 설명했습니다.

발표 영상

전국과학전람회 발표 영상 · 2020년은 코로나19로 심사를 영상으로 했습니다. 세 학생이 직접 만든 충격 장치와 진동 장치 앞에서 탐구 동기부터 결론까지 설명합니다 (4분 48초, 소리 있음)

탐구 요약

2020년 과학중점학교 운영성과 평가 포스터: 충격과 진동에 따른 콜라의 기체 방출량 변화 — 탐구 동기 만화, 실험 장치, 충격·진동 실험 그래프, 보충 실험, 결과 분석과 결론 — 전국대회는 온라인 발표라 전시 차트가 없어, 같은 해 과학중점학교 운영성과 평가 때 만든 포스터로 대신합니다 · 누르면 PDF로 크게 볼 수 있습니다

세 가지 탐구

실온에 둔 500 mL 콜라를 5초 동안 세게 흔들고, 충격이나 진동을 준 다음 뚜껑을 땄습니다. 바람을 막는 수조 안의 저울로 뚜껑을 따기 전과 딴 뒤의 질량을 재서, 빠져나간 기체의 질량이 콜라 질량의 몇 %인지 구했습니다. 아무것도 하지 않고 같은 시간 기다린 콜라를 대조군으로 두었습니다.

충격 장치: 수조 위 스탠드에 콜라를 세우고, 블록으로 만든 팔이 쇠구슬을 들어 올렸다가 뚜껑에 떨어뜨리는 장치

탐구 1 · 충격뚜껑에 쇠구슬을 떨어뜨리면

직접 만든 장치로 뚜껑에 쇠구슬을 되풀이해 떨어뜨렸습니다. 충격을 준 콜라는 기체 방출량이 최대 약 27% 줄었습니다. 다만 1분 10초(21회)가 지나면 오히려 충격을 준 콜라에서 기체가 더 많이 빠져나왔습니다.

충격 → 최대 약 27% 감소

탐구 2 · 진동옆면에 스피커로 진동을 주면

콜라 옆면에 진동 스피커를 붙이고 진동을 준 시간을 바꿔 가며 쟀습니다. 진동을 준 콜라는 기체 방출량이 최대 약 23% 줄었고, 60초가 지나면 그냥 둔 콜라보다 기체가 더 많이 빠져나왔습니다.

진동 → 최대 약 23% 감소

흔든 사이다 두 병 비교: 초음파를 2초 가한 병은 벽에 붙은 기포가 거의 없고, 그렇지 않은 병은 기포가 많이 붙어 있다

탐구 3 · 원리기포가 사라지면 덜 넘친다

흔들면 콜라 속에 작은 기포가 많이 생기고, 뚜껑을 열면 이 기포가 핵이 되어 녹아 있던 이산화탄소가 한꺼번에 빠져나옵니다(핵화 현상). 충격과 진동은 이 기포를 떼어 냅니다. 투명한 사이다를 흔든 뒤 초음파를 2초 주자 벽에 붙은 기포가 거의 사라지는 것으로 확인했습니다.

기포(핵) 제거 → 핵화 억제