사이펀의 원리 변기 교구

제가 일하는 곳에 전시되어 있는 사이펀의 원리 교구에 대해서 소개하겠습니다.

 

매일 사용하는 변기에도 과학 원리가 숨어있습니다. 저는 그냥 물을 내려보내니까 깨끗이 흘러가겠지 하고 쉽게 생각했는데 나름 과학 원리가 숨어있었습니다. 바로 사이펀의 원리인데요, 사진으로 알아보겠습니다.

 

사이펀은 고대 그리스어에서 파이프를 뜻하는 것으로 보통, 거꾸로 된 U자관을 말합니다. 변기의 보이지 않는 쪽에 사진처럼 아래에서 위로 갔다가 다시 아래로 내려오도록 구성된 관이 보입니다. 평상시에는 물이 사이펀 높이보다 낮기 때문에 깨끗한 물이 고여있게 되어서 하수도에서 올라오는 냄새를 막아주는 역할을 합니다.

 

그러면 사이펀의 원리가 구체적으로 무엇일까요? 사이펀은 펌프를 사용하지 않고도 유체를 끌어올릴 수 있는 구부려진 관을 나타냅니다. 사이펀을 이용하면 펌프를 이용하지 않고도 유체를 중력에 반하여 끌어올릴 수 있어 수면 높이가 다른 두 유체 사이의 이동을 위하여 많이 사용됩니다.

 

 

변기에 물을 내리면 물이 차면서 수면의 높이가 사이펀의 높이까지 올라가게 됩니다. 물이 거꾸로 된 U자관을 타고 흐르게 되는데, 물이 흐를수록 수면의 높이가 낮아져서 사이펀의 높이보다 훨씬 낮아지게 됩니다. 여기서 더 이상 물이 안 흐르는게 정상으로 보이지만 물은 계속 U자관을 따라 흐르게 되죠. 어느 정도 낮아질 때까지 이 현상이 지속됩니다. 이 모습은 마치 중력에 반하여 물이 끌어올려지는 것으로 보이게 됩니다. 중력을 이기는 힘은 바로 수면에 작용하는 대기압과 물 분자 사이의 응집력입니다.

 

저 같은 경우는 이 현상을 경험했을 때가 큰 어항의 물을 빼낼 때 인데요, 호수를 그냥 어항과 화장실 바닥에 연결하면 당연히 물이 안 빠집니다. 이때, 호스 안쪽을 물로 채운 후 똑같이 해보면 물이 잘 빨아올려집니다. 일종의 거꾸로 된 U자관으로 중력을 거슬러서 물이 빠져나오는 경험을 했네요.