사이펀 베르누이 작용과 원리에 대해 알게 되면, 압력차이로 물이 이동하는 원리에 대해서도 보다 쉽게 이해할 수 있습니다. 그리고 두 작용과 원리에 있어 분명 비슷하면서도 차이가 있는데요.
본 글에서는 사이펀 작용과 베르누이 작용의 원리 및 차이에 대해 살펴보겠습니다. 또한 그 역사와 현 시대에 활용되고 있는 상황에 대해서도 안내드리겠으니, 평소 궁금하셨던 분들은 확인해 보시길 바랍니다.
사이펀작용 원리
사이펀 작용(siphon action)은 일상생활에서 뿐만 아니라 다양한 산업분야에서도 활용되고 있습니다. 액체를 한 용기에서 다른 용기로 이동시키기 위해 널리 사용되는 원리인데요.
중력과 압력의 차이를 바탕으로 액체의 위치를 바꿀 수 있습니다. 사이펀작용을 완성하기 위해서는 U자형 호스모양 튜브가 필요합니다. 이런 간단한 도구만으로 그 작동 원리를 이해하고 더 나가 물리학적 이해가 가능한데요.
사이펀작용의 첫 단계인 튜브채우기 과정에서는 튜브를 액체로 완전히 채우는 것이 중요합니다. 이때 튜브의 한쪽 끝을 높은 위치의 액체속에 담그고 다른 쪽 끝은 이동하려는 목표 용기에 위치시킵니다.
이런 배치는 액체가 튜브를 통해 자연스럽게 흐르도록 하는데 있어 필수 과정입니다. 다음으로 압력차 생성단계에서는 튜브 양쪽 끝의 높이차이로 인해 발생하는 압력 차이가 핵심역할 입니다.
높은 위치에 있는 액체는 더 낮은 압력을 가진 낮은 위치로 이동하게 되는데요. 이런 현상이 자연스럽게 일어나기에 사이펀작용이 가능할 수 있습니다.
연속적인 흐름은 액체가 튜브에 맞춰 높은 위치에서 낮은 위치로 이동함에 따라 유지되는 압력의 균형성이 이어지기 때문에 가능합니다.
이 과정에서 중력의 작용이 지속적으로 액체를 밀어내며 이는 사이펀작용을 통해 액체 이동이 중단되지 않고 지속적으로 일어날 수 있도록 작용합니다.
사이펀 작용의 효율성과 성공은 몇 가지 중요한 요소에 의해 결정됩니다. 특히 튜브의 높이 제한은 사이펀작용을 위한 기본적인 조건이며 튜브의 높은 쪽과 낮은 쪽 사이의 높이 차이가 적절해야 합니다.
만약 튜브의 길이가 너무 길면 사이펀작용이 원할하게 이루어지지 않을 수 있습니다. 또한 튜브 내부에 공기가 침입하지 않도록 주의하는 것이 중요합니다.
공기가 들어가면 압력균형이 깨지며 사이펀작용이 멈출 수도 있습니다. 마지막으로 액체의 특성 역시 사이펀작용에 영향을 미치는데요. 점성이 낮고 유동성이 좋은 액체일수록 사이펀작용이 더 원활하게 이루어질 수 있습니다.
사이펀작용은 꼭 인위적으로 만든 구조물에 의해 이루어지는 것은 아닙니다. 자연현상 안에서도 사이펀원리를 볼 수 있는데요. 바람이 고기압에서 저기압으로 흐르는 것 또한 사이펀작용의 한 모습이라 할 수 있습니다.
사이펀작용 역사
사이펀 작용은 고대로부터 현대에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되었습니다. 그 역사를 살펴보면 고대 이집트에서 찾아볼 수 있습니다. 고대 이집트 사람들은 사이펀원리를 이용하여 나일강의 물을 농경지로 끌어올렸습니다.
이는 고대 문명의 발전에 있어서도 꽤나 중요한 역할을 한 것인데요. 고대 그리스 사람들의 사이펀 원리이용은 여기서 멈추지 않았습니다. 사이펀을 이용하여 물을 공급하는 수도시설을 만든 것인데요.
이를 통해 도시발전과 위생관리에 적극 활용하였습니다. 그 다음의 중요역사는 중세유럽입니다. 중세유럽 사람들은 사이펀작용을 활용하여 수도원과 성 내부로 물을 끌어 들였습니다.
이는 당시 사회구조와 생활양식에 중요한 영향을 미치게 되는데요. 사이펀작용의 활용은 산업혁명 이후 까지 이어집니다.
산업혁명 이후 사이펀 원리는 광산, 화학공장, 발전소 등 다양한 산업현장에서 활용됩니다. 이는 산업발전에 큰 이바지가 되었는데요. 사이펀작용은 학생들의 교육과정에도 다루어지고 있습니다.
2015개정 교육과정에서는 사이펀작용이 중력과 압력차이를 이용한 원리로 소개되고 있습니다. 중학교 과학교과에선 ‘유체의 압력’이라는 단원에서 찾아볼 수 있습니다.
사이펀작용과 베르누이 작용의 차이
사이펀작용과 매우 유사한 원리가 있습니다. 바로 ‘베르누이 작용(Bernoulli’s Principle)’인데요. 사실 두 원리 모두 유체역학이라는 면에서 매우 유사합니다.
그러나 그 원리안의 작용 메커니즘에는 다소 차이가 있는데요. 사이펀작용은 압력 차이와 중력으로 인한 유체가 자동으로 흘러내리는 현상인 반면 베르누이 작용은 유체의 속도와 압력간의 관계를 설명하는 원리입니다.
사이펀작용은 유체의 밀도차이가 중요한 역할을 하는 반면 베르누이 작용은 유체의 유동속도가 중요한 역할을 합니다.
사이펀작용의 현대기술
현재의 사이펀 원리는 양변기나 싱크대, 조각상, 가전제품 등! 여러 물건, 상품 등에 활용되고 있습니다. 양변기와 싱크대는 우리의 일상에서 없어서는 안될 존재들인데요. 이 안에서 사이펀원리를 살펴보겠습니다.
사이펀은 중력과 압력차이를 이용해 높은 곳의 액체를 낮은 곳으로 옮길 수 있게 하는 원리라 위에서 설명했습니다.
이를 연관하여 생각해보면 양변기 안에는 물이 U자 모양의 배수관을 통해 위로 올라갔다가 내려가면서 빠져나가는 과정이 이루어집니다. 화장실의 배수관 시스템 안에서도 사이펀원리를 찾아볼 수 있는데요.
배수관 내부의 공기유입과 압력차이로 인해 사이펀작용이 일어나며 오수가 효과적으로 배출됩니다. 넓은 세계에서 찾아보면 광산과 화학공장, 발전소 등에서는 사이펀작용을 이용해 액체를 이송합니다.
자동차에도 사이펀작용을 찾아볼 수 있을까요? 자동차의 연료공급 시스템 안에서도 사이펀작용은 활용됩니다. 연료탱크에서 연료펌프로 연료를 공급하게 되며 이를 통해 연료가 효과적으로 이동하게 됩니다.
미래에도 사이펀작용은 활용될 수 있으며 이는 우주와 연관이 있는데요.우주항공 분야에도 사이펀작용이 활용되고 있습니다. 로켓연료공급 시스템이 그러하며 우주선 내부 액체이송 등이 사이펀작용의 한 예라 할 수 있습니다.
