공기는 정말 무게가 있을까?
많은 사람들이 공기는 너무 가벼워서 무게가 없다고 생각하기 쉽지만, 사실 공기도 분명한 '무게'를 가지고 있습니다. 우리가 평소에 공기의 무게를 느끼지 못하는 이유는, 우리 몸이 공기 속에 둘러싸여 있고, 공기 자체가 우리를 사방에서 동일하게 누르고 있기 때문입니다. 하지만 과학적으로 공기의 무게는 분명하게 측정할 수 있습니다.
1㎥(세제곱미터)의 공기 무게는?
표준상태(20℃, 1기압)에서 공기 1㎥의 무게는 약 1.2kg입니다.
쉽게 말해, 가로 1m × 세로 1m × 높이 1m인 상자에 담긴 공기의 무게가 소고기 두 근(1.2kg)과 비슷합니다.
1리터(L)로 환산하면, 약 1.2g 정도입니다. 즉, 500ml 생수병 하나에 들어있는 공기의 무게는 약 0.6g입니다.
공기의 성분
공기는 여러 가지 기체가 섞여 있는 혼합물입니다. 우리가 숨 쉬는 공기에는 다양한 기체가 포함되어 있는데, 그중에서도 가장 많은 비율을 차지하는 것은 질소와 산소입니다.
먼저, 질소는 공기 중에서 약 78%를 차지합니다. 질소는 우리가 직접적으로 사용하지는 않지만, 대기의 안정성을 유지해 주고 식물의 성장에도 중요한 역할을 합니다.
다음으로 산소는 약 21% 정도를 차지합니다. 산소는 우리가 숨 쉬고, 동식물이 살아가는 데 꼭 필요한 기체입니다. 또한 불이 타는 데도 산소가 반드시 필요하죠.
그 밖에 아르곤이라는 기체가 약 1% 정도 들어 있습니다. 아르곤은 특별히 반응하지 않는 불활성 기체라서, 산업이나 과학 실험에 쓰이기도 합니다.
이산화탄소는 아주 적은 양(약 0.03~0.04%)만 포함되어 있지만, 식물이 광합성을 하는 데 꼭 필요하고, 지구의 온실 효과와 기후 변화에도 큰 영향을 미칩니다.
마지막으로, 수증기도 공기의 중요한 성분입니다. 수증기는 지역과 날씨에 따라 0~4%까지 포함될 수 있으며, 날씨와 기후 변화에 큰 영향을 줍니다.
이 외에도 네온, 헬륨, 크립톤, 수소, 오존, 메탄 등 다양한 기체가 아주 미량씩 들어 있습니다.
방 안의 공기 무게는 얼마나 될까?
예를 들어, 가로 4m × 세로 4m × 높이 3m인 방(48㎥)에는 약 58kg의 공기가 들어 있습니다. 이는 성인 한 명의 몸무게와 비슷한 수준입니다.
지구 전체를 덮고 있는 공기의 무게
지구를 덮고 있는 대기 전체의 무게는 어마어마합니다. 실제로 한 사람의 어깨 위에만 작용하는 공기의 무게도 약 8,000kg, 즉 코끼리 두 마리 무게에 해당합니다. 우리가 이 무게를 느끼지 못하는 것은 우리 몸속의 압력과 외부의 대기압이 균형을 이루고 있기 때문입니다.
공기의 무게를 직접 느끼거나 측정할 수 있을까?
공기가 무게가 있다는 것을 실험으로 증명하려면 아주 정밀한 저울이나, 진공 상태를 만들 수 있는 특수한 장비가 필요합니다.
풍선에 공기를 넣고 저울로 무게를 재면 아주 미세하게 무게 차이가 나지만, 일상에서 느끼기엔 너무 작습니다.
실제로 실험에서는 부력(아르키메데스 원리) 때문에 공기의 무게를 직접 느끼기 어렵습니다.
왜 공기의 무게를 잘 못 느낄까?
공기 중에서 공기의 무게를 재면, 그만큼의 부력(공기가 밀어올리는 힘)이 생겨서 저울에 차이가 나타나지 않습니다.
그래서 진공 상태(공기가 없는 상태)와 비교해야만 공기의 무게를 정확히 알 수 있습니다.
정리
공기 1㎥의 무게는 약 1.2kg입니다.
방 하나에 들어있는 공기의 무게도 성인 한 명과 비슷할 만큼 무겁습니다.
우리가 느끼지 못할 뿐, 공기는 분명 무게가 있습니다.
"공기는 가볍지만, 결코 '무게가 없는' 것은 아닙니다. 우리가 숨 쉬는 이 순간에도, 우리 주변을 가득 채운 공기는 생각보다 무겁게 우리를 감싸고 있습니다."