작품번호 1215 제59회 전국과학전람회 법주사 쌍사자 석등은 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을까? 출품분야 학생부 출품부문 화 학 2013. 7. 구 분 성 명 출품학생 지도교사 새터미소 (송하은, 서혜림) 김 은 하
목 차 Ⅰ.탐구에 앞서 - 나의 법주사 답사이야기 1 Ⅱ.탐구를 위한 선행조사 3 Ⅲ.어떻게 탐구할까? 6 Ⅳ.이렇게 탐구했어요. 7 과제 1.등잔 심지에 불이 붙는 원리는 무엇일까? 7 1.등잔에서 심지의 역할은 무엇일까? 7 2.기름의 종류에 따라 모세관 현상은 어떻게 다를까? 9 3.기름의 종류에 따라 심지를 타고 올라오는 속도가 다를까? 10 4.심지의 가닥수에 따라 모세관 현상은 차이가 있을까? 13 5.기름을 등잔에 넣고 심지에 불을 붙이면 어떤 모습일까? 14 과제 2.전통 등잔에 어떤 연료를 사용하였을까? 16 1.기름의 종류에 따라 불의 밝기는 어떻게 다를까? 16 2.기름의 종류에 따라 불꽃의 온도는 어떻게 다를까? 18 3.기름의 종류에 따라 불꽃의 길이는 어떻게 다를까? 19 4.기름의 종류에 따라 불꽃의 지속시간은 어떻게 다를까? 20 과제 3.전통 등잔에 어떻게 불을 밝힐 수 있었을까? 22 1.전통 등잔에는 어떤 심지를 사용하면 좋을까? 22 2.어떤 한지로 등잔 심지를 만들면 좋을까? 23 3.어떤 굵기의 한지 심지가 기름을 잘 흡수할까? 25 4.어떤 굵기의 한지 심지가 불이 가장 밝을까? 26 5.식물성 기름 등잔을 어두운 밤에 야외에서 사용할 수 있을까? 27-2 -
과제4.쌍사자 석등에 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을까? 30 1.쌍사자 석등의 구조는 어떻게 생겼을까? 30 2.쌍사자 석등에 불을 밝힌 연료는 무엇이었을까? 32 3.송진이 많이 엉겨있는 관솔에는 불이 잘 붙을까? 34 4.어떤 상태의 송진에 불이 잘 붙을까? 35 5.관솔을 이용한 등불을 어두운 밤에 야외에서 사용할 수 있을까? 37 6.쌍사자 석등의 지붕돌에 그을음은 어떤 모습일까? 38 7.쌍사자 석등의 내부는 왜 아치형 구조로 생겼을까? 40 Ⅴ.종합 결론 42 Ⅵ.전망 및 활용성 43 Ⅶ.느낀 점 43 *참고문헌 43-3 -
<표 목차> <표 1> 전국과학전람회 검색어별 선행연구 3 <표 2> 탐구 기간 및 절차 6 <표 3> 탐구 과제 선정 6 <표 4> 기름이 모세관을 따라 올라온 높이 9 <표 5> 기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 높이 12 <표 6> 심지의 가닥수에 따라 흡수된 높이 13 <표 7> 참기름과 등유를 넣은 등잔 비교 14 <표 8> 식물성 기름에 불이 붙은 모습 16 <표 9> 석유계 기름에 불이 붙은 모습 16 <표 10> 기름의 종류에 따른 조도 17 <표 11> 기름의 종류에 따른 불꽃 온도 18 <표 12> 기름의 종류에 따른 불꽃 길이 19 <표 13> 기름의 종류에 따른 불꽃의 지속시간 20 <표 14> 심지의 종류에 따른 불꽃의 모습 22 <표 15> 심지의 종류에 따른 조도 22 <표 16> 심지의 종류에 따른 불꽃의 지속시간 22 <표 17> 세 가지 종류의 한지의 구조 비교 23 <표 18> 참기름이 한지에 흡수된 높이 24 <표 19> 한지 심지의 굵기에 따라 참기름이 흡수된 높이 25 <표 20> 한지 심지의 굵기에 따른 조도 26 <표 21> 밤에 야외에서 측정한 종지형 등잔 조도 28 <표 22> 일반적인 석등과 쌍사자 석등의 등잔 놓는 부분 비교 30 <표 23> 일반적인 석등과 쌍사자 석등의 내부구조 비교 30 <표 24> 쌍사자 석등의 화사석과 지붕돌 부분 31 <표 25> 속리산 법주사 주변의 환경 32 <표 26> 관솔과 송진에 대한 조사 및 관찰 결과 33 <표 27> 나뭇가지에 불이 붙는데 걸리는 시간 34 <표 28> 관솔이 타는 모습 관찰 35 <표 29> 송진에 불이 붙는 데 걸리는 시간 36 <표 30> 밤에 야외에서 측정한 관솔 등불 조도 37 <표 31> 쌍사자 석등의 그을음과 다른 그을음들의 모습 비교 39 <표 32> 아치형 구조와 막힌 구조에서 향 연기의 흐름 비교 40-4 -
[그림 목차] [그림 1] 법주사 안내도 1 [그림 2] 쌍사자 석등 2 [그림 3] 쌍사자 석등 3 [그림 4] 석등의 구조와 각 부분의 명칭 4 [그림 5] 등잔과 등경 5 [그림 6] 쌍사자 석등의 등불에 대해 탐구할 수 있는 장소 6 [그림 7] 등잔의 구조와 특징 관찰 7 [그림 8] 등잔의 모습과 심지 7 [그림 9] 심지에 기름이 흡수되는 모습 8 [그림 10] 모세관 현상 관찰 9 [그림 11] 기름의 종류에 따른 모세관 현상 9 [그림 12] 기름의 종류에 따른 모세관 현상 그래프 10 [그림 13] 심지를 타고 올라오는 속도 관찰 10 [그림 14] 기름이 올라온 높이 측정 방법 11 [그림 15] 기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 모습 11 [그림 16] 기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 높이 그래프 12 [그림 17] 가닥수를 다르게 한 심지 13 [그림 18] 심지의 가닥수에 따라 기름이 흡수된 모습 13 [그림 19] 등잔에 기름을 넣는 모습 14 [그림 20] 등불의 조도 측정 16 [그림 21] 기름의 종류에 따른 조도 그래프 17 [그림 22] 불꽃 온도 측정 모습 18 [그림 23] 기름의 종류에 따른 불꽃 온도 그래프 18 [그림 24] 불꽃길이 측정 모습 19 [그림 25] 기름의 종류에 따른 불꽃길이 그래프 19 [그림 26] 불꽃 지속 시간측정 모습 20 [그림 27] 세 가지 종류의 심지 22 [그림 28] 한지를 자르는 모습 23 [그림 29] 한지의 종류에 따라 기름이 흡수된 높이 그래프 24 [그림 30] 네 가지 굵기의 한지 심지 25 [그림 31] 한지심지의 굵기에 따라 기름이 흡수된 높이 25 [그림 32] 심지의 굵기에 따른 조도 차이 측정 26-5 -
[그림 33] 한지심지의 굵기에 따른 조도 그래프 27 [그림 34] 야외에서 종지형 등잔의 조도 측정 27 [그림 35] 쌍사자 석등의 구조 관찰 30 [그림 36] 법주사 주변 관찰 32 [그림 37] 문화 해설사 선생님과의 대화 33 [그림 38] 관솔을 구하는 모습 34 [그림 39] 송진을 가열하는 모습 35 [그림 40] 그을음을 채취한 부분 38 [그림 41] 관솔을 태워 그을음을 모으는 모습 38 [그림 42] 전자현미경으로 그을음 모습 관찰해보기 38 [그림 43] 쌍사자 석등에서 테이프를 이용해 채취한 그을음 38 [그림 44] 석등의 내부 구조 모형 만들기 40-6 -
Ⅰ 탐구에 앞서 - 나의 법주사 답사이야기 작년 가을.가족들과 함께 속리산으로 여행을 떠났다.쭉 늘어선 나무 숲길의 맑 은 공기를 마시며 기분 좋게 법주사로 들어섰다.먼저 입구에 있는 안내도를 살펴 보자. [그림 1]법주사 안내도. 법주사에는 여러 있었는데 그 중에서 <쌍사자 석등>이라는 문화재가 눈에 띄었 다.쌍사자라면 사자가 두 마리인가?석등이라면 불을 밝히는 것일까?하는 궁금증 과 함께 위치를 확인해 보았더니 팔상전 - 쌍사자 석등 - 사천왕 석등 - 대웅전 이 일직선상에 있었고,쌍사자 석등은 법주사의 거의 한 가운데 자리 잡고 있음 을 알 수 있었다.전기가 없던 시절 도량을 환하게 밝혀주기 위해서 석등에는 무엇 을 태워 불을 밝혔을까?하는 생각을 하면서 쌍사자 석등 가까이에 가서 좀 더 관 찰해보기로 하였다. 쌍사자 석등에 정말 불을 밝혔을까?! 가까이 가서 관찰한 쌍사자 석등은 생각보다 커서 놀랐다.석등이라고 해서 작은 등잔을 놓거나 하지 않았을까? 생각했지만 내 키보다도 큰 쌍사자 석등이 놀라웠 고,돌로 그렇게 큰 문화재를 만든 조상들의 기술에 감탄하였다. - 1 -
쌍사자 석등의 높이는 3.3m이며,기둥부 분에 두 마리의 사자가 마주 보고 서있는 모습으로 조각해서 쌍사자 석등이라는 것을 알게 되었다.그리고 등불을 놓는 곳은 팔 각으로 이루어져 있고,4군데에 구멍이 뚫 려 있었는데 아마도 이곳으로 불빛이 나오 지 않았을까 하는 생각이 들었다. 석등을 보고 있는 중 스님 한분께서 지나 가셨는데 석등에 대한 호기심이 생긴 나는 스님께 몇 가지 질문을 하였다. [그림2]쌍사자 석등. 스님과의 대화 - 하은 : 스님, 안녕하세요? 쌍사자 석등에 대해 궁금한 점이 있는데, 예전에 이 석등에 정말로 불을 붙였나요? 아니면 단지 예술품 이었나요? - 스님 : 전기가 없던 시절에는 실제로 이 석등에 등불을 밝혔었어요. 여기 화사석 주변에 그을음이 있고, 석등 지붕돌 안쪽도 둥근 아치형 구조인 것은 불을 피우는 데 어떠한 도움이 되었을 것 이라 생각할 수 있죠. - 하은 : 와~ 정말 신기하네요. 좋은 말씀 감사합니다. 스님과의 대화를 통해 석등에 정말로 불을 밝혔다는 것을 알게 된 나는 그렇다 면 어떤 등잔을 사용하면 불을 밝히기 좋을까?, 쌍사자 석등에 등불을 밝히기 위 해 어떤 연료를 이용하였을까? 와 같은 여러 가지 호기심이 생겼다.그래서 나는 통일신라시대에 법주사 도량을 환하게 밝혔을 쌍사자 석등 등불의 연료가 무엇 인지 추측해보고 싶다는 생각을 하였고,탐구의 목적을 다음과 같이 정하고 탐구를 시작했다. 기름이 등잔에서 불이 붙는 원리를 탐구해보고, 등잔의 구조나 모양에 따라 사용하기 적합한 연료가 무엇인지 과학적이고 창의적인 탐구방법 으로 밝힌다. 연료의 종류에 따라 불의 밝기나 그을음의 구조가 어떻게 다른지 창 의적인 방법으로 탐구하고, 탐구 내용을 바탕으로 우리 조상들이 쌍 사자 석등에 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을지 추측해본다. - 2 -
Ⅱ 탐구를 위한 선행 조사 우리가 탐구하고자 하는 내용의 사전 연구를 위해 국립중앙과학관 전국과학전람 회 기출 작품,석등 관련 서적,보은군청의 문화재 해설사 선생님을 통해 연구에 도움이 될 만한 자료들을 조사하였다. 1.전국과학전람회 작품 조사 검색어 :석등,등잔,연소 등 <표 1> 전국과학전람회 검색어별 선행연구 연도 작품 주제 작품 내용 1997 2005 2012 등잔의 화선에는 왜 구멍이 뚫려 있을까? 촛불의 연소시간에 관한 우리들의 탐구 등잔에는 왜 아주까리기름이 주로 사용되었을까? 등잔의 구조 중 화선의 역할 에 대한 탐구 대류,산소기체의 팽창에 의 한 연소와 관련된 여러 요인 탐구 완전 연소하는 기름의 종류 아주까리기름을 등잔 기름으 로 사용한 이유 탐구 국립중앙과학관 홈페이지에 접속해서 우리가 탐구하고자 하는 석등에 대 해서 검색해 보니 직접적인 내용은 하나도 찾을 수 없었다. 그러나 연소와 관련된 작품과 아주까리기름을 사용했다는 작품에서 다양한 연료를 사용해 서 불을 밝힐 수 있었을 것이라는 추측을 할 수 있었다. 2.보은 법주사 <쌍사자 석등> 법주사 대웅전과 팔상전 사이에 있는 통일신라시대의 석등으로,사자를 조각한 석조물 가운데 가장 오래되었으 며 매우 독특한 형태를 하고 있다.널따란 8각의 바닥 돌 위에 올려진 사자 조각은 두 마리가 서로 가슴을 맞대고 뒷발로 아래 돌을 디디고 서서 앞발과 주둥이로는 윗돌을 받치고 있는 모습이다.아랫돌과 윗돌에는 각각 연꽃을 새겨 두었는데,윗돌에 두 줄로 돌려진 연꽃무늬는 예스 러운 멋을 풍기며,현재 남아있는 사자조각들 가운데 가 장 뛰어나 머리의 갈기,다리와 몸의 근육까지도 사실적 으로 표현하였다. 불을 밝혀두는 화사석( 火 舍 石 )은 8각 으로 높직하며,네 곳에 창을 내어 불빛이 새어나오도 [그림 3]쌍사자 석등. - 3 -
록 하였다.지붕돌은 처마 밑이 수평을 이루다가 여덟 귀퉁이에서 위로 살짝 들려 있는데,꾸밈을 두지 않아서인지 소박하고 안정되어 보인다. 석등을 세운 시기는 통일신라 성덕왕 19년(720)으로 추측되며,조금 큰 듯 한 지붕돌이 넓적한 바닥돌 과 알맞은 비례를 이루어 장중한 품격이 넘친다.같은 절 안에 있는 보은 법주사 사천왕 석등(보물 제15호)과 함께 통일신라 석등을 대표하는 작품이라 할 수 있다. 3.석등의 일반적 구조와 각 부분의 명칭 [그림 4]석등의 구조와 각 부분의 명칭. - 4 -
4.등잔에 대한 이론적 배경 호롱형 등잔 놋 등잔 상하부도자기등잔 철제등가 [그림 5]등잔과 등경. 사진출처 :[네이버 지식백과]등잔 등잔은 재료에 따라 목제 토제 와기 대리석 백자 사기 놋 철제 등잔이 있 다.여기에 한지 솜 노끈 따위로 3발 심지를 만들어 기름을 먹여 불을 켠다.1876 년경 일본에서 석유와 함께 심지꽂이가 따로 붙은 호롱형 등잔이 들어왔다.주 로 사기로 된 것이었지만 백자 놋쇠 백동 철 대리석 등으로 만든 것도 있었다. 불을 밝게 하려면 심지 2개를 사용하는데 이것을 쌍심지라고 한다.보통 등잔걸이 제등( 提 燈 ) 좌등( 座 燈 )등에 올려놓고 사용하나,등잔에 등대가 붙은 것도 있다.이 동하는 도중 기름이 넘쳐흐르는 것을 방지하기 위하여 기름 받이를 밑에 걸어서 넘 치는 기름을 받기도 한다. [네이버 지식백과]등잔 [ 燈 盞 ](두산백과) 4.조상들이 등잔에 사용한 기름 우리 조상들은 식물성기름(참기름,들기름,면실유,아주까리기름,피마자기름)을 사용하거나 어촌에서는 고래,정어리 등 물고기 기름을 사용하다가 석유가 수입 (1876,고종 13년)되면서 석유를 등잔에 넣고 사용하기도 하였다. 자료를 조사해 본 결과 등기의 종류와 형태,등잔의 종 류,조상들이 사용한 기름 등 다양한 분야에서 다양한 연구 들이 진행되어 왔다는 것을 알 수 있었지만,우리가 탐구하 고자하는 조상들이 석등에 어떤 연료를 이용하여 등불을 밝혔는지에 대한 내용은 어디에서도 찾을 수가 없었다.인터 넷을 통하여,여러 곳에 질의를 하여도 알려주는 곳이 없어 결국 우리의 힘으로 선생님의 도움을 받으며 쌍사자 석등 에 무엇을 이용하여 불을 밝혔을지 추측해보기로 했다. - 5 -
Ⅲ 어떻게 탐구할까? 1.탐구 기간 및 절차 가.탐구 기간 :2012.10 2013.7(10개월) 나.탐구 절차 <표 2> 탐구 기간 및 절차 시 기 2012 2013 내 용 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 동기 및 목적 자료 조사 선행 연구 자료 조사 탐구 과제 및 장소 선정 탐구 방법 선정 실험을 위한 작품 제작 탐구 활동 탐구 결과 분석 결론 보고서 제출 2.탐구 과제 선정 <표 3> 탐구 과제 선정 법주사 쌍사자 석등의 등불은 무엇을 태워서 불을 밝혔을까? 탐구과제-1 탐구과제-2 탐구과제-3 탐구과제-4 3.탐구 장소 선정 등잔의 심지에 불이 붙는 원리는 무엇일까? 전통 등잔에 어떤 연료가 사용되었을까? 전통 등잔에 어떻게 불을 밝힐 수 있을까? 쌍사자 석등에는 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을까? 쌍사자 석등을 관찰하기 위하여 보은 법주사에 다녀왔으며,여러 가지 등잔의 특 징을 확인하기 위하여 한국 등잔 박물관을 다녀왔으며,탐구는 교실과 과학실,학교 운동장에서 이루어졌다. 보은 법주사 한국 등잔 박물관 교실 및 과학실 [그림 6]쌍사자 석등의 등불에 대해 탐구할 수 있는 장소. - 6 -
Ⅳ 이렇게 탐구했어요. 탐구과제-Ⅰ 등잔 심지에 불이 붙는 원리는 무엇일까? 1 등잔에서 심지의 역할은 무엇일까? 가.탐구 방법 1)등잔의 구조,특징,심지의 모양 등을 자세히 관찰한다. 2)심지의 역할을 확인하기 위해서 들기름을 넣고 심지의 변화를 관찰한다. 등잔 심지 관찰하기 등잔의 구조나 특징 찾아보기 등유를 등잔에 넣고 심지의 모습 관찰하기 [그림 7]등잔의 구조와 특징 관찰. 나.탐구 결과 1)등잔의 연료를 넣는 부분과 뚜껑,심지 이렇게 이루어져있다. 등잔의 모습 연료를 넣는 부분과 뚜껑 심지 [그림 8]등잔의 모습과 심지. - 7 -
2)등잔에 들기름을 담고 심지의 모습 관찰하기 기름에 담기 전 심지를 타고 기름이 올라옴 [그림 9]심지에 기름이 흡수되는 모습. 시간이 지나면 들기름이 등잔 심지를 타고 올라오며,심지 끝까지 올라오면 연료가 공급되므로 불을 붙이는 것이 가능하다. 다.알아낸 점 1)등잔은 연료를 넣는 부분과 뚜껑,심지로 이루어져 있고 심지는 얇은 실 약 30개 정도가 꼬여 하나의 심지가 된다. 2)심지는 등잔 속에 있는 기름을 심지 끝까지 끌어올리는 역할을 하며 이 것에 대해 좀 더 탐구하다가 모세관 현상 이라고 하는 것을 알게 되었다. 모세관 현상 이란? 액체 속에 폭이 좁고 긴 관을 넣었을 때, 관 내부의 액체 표면이 외부의 표 면보다 높거나 낮아지는 현상. 액체의 응집력과 관과 액체 사이의 부착력에 의한 현상이다. 식물의 뿌리에서 무기 양분과 물을 흡수하는 것을 이것으로 설명할 수 있다. 내용 및 그림 출처 : [네이버 지식백과] 모세관현상 라.궁금한 점 등유는 심지를 잘 타고 올라오는데 기름의 종류에 따라 모세관 현상이 어떻게 다를까?하는 궁금함이 생겨서 좀 더 탐구해보기로 했다. - 8 -
2 기름의 종류에 따라 모세관 현상은 어떻게 다를까? 가.탐구 방법 1)식물성 기름(1들기름 2참기름 3아주까리 기름 4홍화씨기름)과 석유계 기름(5등유 6 경유 7휘발유 8메틸알콜)을 비커에 25mL 담는다. 메틸알콜은 기름이 아니지만,과학실에서 주 로 사용하는 연료여서 함께 실험해보기로 함 2)기름을 25mL를 담은 비커에 얇 은 모 세 관 을 꽂 고 기름이 올라온 지점에 유성 펜 으로 표시한다. [ [그림 10]모세관현상 관찰. 나.탐구 결과 1)기름의 종류에 따른 모세관 현상결과 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 물 [그림 11]기름의 종류에 따른 모세관 현상. 2)기름이 모세관을 따라 올라온 높이 <표 4> 기름이 모세관을 따라 올라온 높이(cm) (10회 평균) 식물성 기름 석유계 기름 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 물 1.8 2.0 1.9 1.7 2.5 3.0 2.3 2.2 3.1-9 -
[그림 12]기름의 종류에 따른 모세관현상 그래프. 다.알아낸 점 1)기름의 종류에 따라 모세관 현상의 정도가 다르다. 2)경유 > 등유 > 휘발유 > 메틸알콜 > 참기름 > 아주까리기름 > 들기름 > 홍화씨 기름의 순서로 모세관을 많이 타고 올라온다. 라.궁금한 점 기름의 종류에 따라 모세관에 올라오는 정도가 다른데 심지를 기름을 담 글 때도 흡수되는 속도가 다를까?하는 궁금함이 생겨서 모세관을 이용하 여 확인해보기로 하였다. 3 기름의 종류에 따라 심지를 타고 올라오는 속도가 다를까? 가.탐구 방법 1)식물성 기름과 석유계 기름을 샬레에 20mL 씩 담는다. 2)실을 15가닥씩 꼬아 심지를 만들 고 스탠드에 걸어둔 후 동시에 기름에 적신다. 3)심지가 기름에 닿는 부분은 1 cm로 통일한다. 4)10,30,60분이 지난 후 기름이 올라온 높이를 측정한다. [그림 13]기름이 심지를 타고 올라오는 속도 관찰. - 10 -
* 여기서 잠깐! 기름이 올라온 높이를 어떻게 정확히 측정할까? 1 흰 종이를 5 10cm 정도로 잘라서 심지를 감싸듯 접어준다. 2 기름이 흡수된 끝부분에 유성 펜으로 점을 찍고 종이를 펼쳐서 찍어둔 점을 보고 심지에도 기름이 올라온 부분에 표시한다. [그림 14]기름이 올라온 높이 측정방법. 나.탐구 결과 1)기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 모습 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 물 [그림 15]기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 모습. - 11 -
2)기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 높이 <표 5> 기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 높이(cm) (10회 평균) 식물성 기름 석유계 기름 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 물 10분 후 4.3 4.5 4.3 3 8.5 10 9 6 7 30분 후 6.5 6 6 4.7 11.5 12.6 10.5 9 10 60분 후 7.5 8 7.8 6.5 14 15 12.3 10 11 3)기름의 종류에 따라 심지에 흡수된 높이(60분 후) [그림 16]기름의 종류에 따른 심지에 흡수된 높이 그래프. 다.알아낸 점 1)경유 > 등유 > 휘발유 > 메틸알콜 > 참기름 > 아주까리 기름 > 들기름 > 홍화씨 기름 속도로 심지를 타고 올라온다. 2)앞서 얇은 모세관을 이용해 확인한 모세관 현상 정도와 같은 결과이다. 3)석유계 기름은 심지를 타고 올라오는 속도가 식물성 기름에 비해 빠르다. 라.궁금한 점 기름의 종류에 따라 심지에 흡수되는 속도가 달랐는데 심지실의 가닥수 가 기름 흡수 속도에 영향을 주는지 궁금해져서 더 탐구해보기로 했다. - 12 -
4 심지의 가닥수에 따라 모세관 현상은 차이가 있을까? 가.탐구 방법 1)실을 3,5,10,30가닥씩 꼬아 4가지 종류의 심지를 만들고 스탠드에 걸 어둔 후 동시에 기름에 적신다. 2)네 가지 굵기의 심지를 스탠드에 걸어둔 후 동시에 참기름,등유에 적셔서 10,30,60분이 지난 후 기름 이 올라온 높이를 측정한다. [그림 17]가닥수를 다르게 한 심지. 나.탐구 결과 1)심지의 가닥수에 따라 기름이 심지에 흡수된 모습 식물성 기름(참기름) 석유계 기름(등유) [그림 18]심지의 가닥수에 따라 기름이 흡수된 모습. 2)심지의 가닥수에 따라 기름이 흡수된 높이 <표 6> 심지의 가닥수에 따라 흡수된 높이(cm) (10회 평균) 식물성 기름(참기름) 석유계 기름(등유) 3가닥 5가닥 10가닥 30가닥 3가닥 5가닥 10가닥 30가닥 10분 후 4.2 4.7 5.4 5.5 7.5 10.0 16.5 17.0 30분 후 4.9 6.2 6.5 6.0 12.0 13.5 20.5 20.5 60분 후 6.0 6.4 7.5 8.0 14.6 16.0 22.5 23.5-13 -
다.알아낸 점 1)심지의 실이 적을 때 보다 여러 가닥일 때 기름이 흡수되는 속도가 빠르다. 2)실과 실 사이의 공간이 얇은 모세관의 역할을 하여 기름을 끌어올렸다고 생각할 수 있다. 라.궁금한 점 등잔에서 심지의 역할과 모세관 현상에 대해 알아보았는데 이번에는 등잔 심지에 불을 붙인다면 무엇을 관찰할 수 있을지 궁금하여 좀 더 탐구해보 기로 하였다. 5 기름을 등잔에 넣고 심지에 불을 붙이면 어떤 모습일까? 가.탐구 방법 1)등잔에 참기름과 등유를 넣고 심 지가 기름을 충분히 흡수하면 불을 붙여본다. 2)심지 끝까지 기름이 흡수되는데 걸 리는 시간을 측정하고 불을 붙인다. 3)불꽃 모양과 밝기,그을음의 발생 하는 모습을 관찰한다. [그림 19]등잔에 기름을 넣는 모습. 나.탐구 결과 1)참기름과 등유를 넣은 등잔 비교 <표 7> 참기름과 등유를 넣은 등잔 비교 기름이 심지 끝가지 올라오는데 걸리는 시간 참기름 30분 등유 30초 불이 붙은 모습 - 14 -
참기름 등유 불꽃 모양 불의 밝기 불꽃이 작아서 어두움 불이 밝고 환함 다.알아낸 점 1)참기름은 심지를 타고 올라오는 속도가 느리고 불꽃은 등유에 비해 작고 어둡다.등유는 심지를 타고 올라오는 속도가 빠르고 불꽃이 크고 밝으나 그을음이 심하다. 라.궁금한 점 등유와 들기름은 불꽃 모양이나 밝기에서 큰 차이가 있었는데 기름에 따라 불을 붙였을 때 불의 밝기는 어떤 차이가 있을까?하는 궁금함이 생겨서 좀 더 탐구해보기로 했다. 탐구 Ⅰ에 대한 결론 탐구 Ⅰ : 등잔 심지에 불이 붙는 원리는 무엇일까? 주 제 1 등잔에서 심지의 역할 2 3 4 5 기름의 종류에 따른 모세관 현상 기름의 종류에 따라 심지 흡수 속도 심지가닥수에 따른 모세관 현상 등잔에 불을 붙인 모습 탐구를 통해 알게 된 점 심지는 등잔 속에 있는 기름을 심지 끝까지 끌어올 리는 역할을 하며 이를 모세관 현상 이라 함. 경유 > 등유 > 휘발유 > 메틸알콜 > 참기름 > 아주 까리 기름 > 들기름 > 홍화씨 기름의 순서로 모세관 을 올라옴. 실 심지를 타고 올라오는 속도는 앞서 모세관을 이 용해 확인한 모세관 현상 정도와 같은 결과임. 심지의 실이 적을 때 보다 여러 가닥일 때 기름이 흡 수되는 속도가 빠름. 참기름은 심지를 타고 올라오는 속도가 느리고 불꽃 은 등유에 비해 작고 어두움. 결 론 심지는 등잔 속에 있는 기름을 심지 끝까지 끌어올리는 역할을 하며 이를 모세관 현상 이라 하고 기름의 종류에 따라 올라오는 속도가 다름. 참기 름은 심지 끝까지 흡수되는 속도가 느리며 등유보다 불꽃이 작고 어두움. - 15 -
탐구과제-Ⅱ 전통 등잔에 어떤 연료를 사용하였을까? 1 기름의 종류에 따라 불의 밝기는 어떻게 다를까? 가.탐구 방법 1) 식물성 기름과 석유계 기름을 등잔에 50mL 씩 담는다. 2)심지의 전체 길이는 10cm,뚜껑 위로 나 오는 부분은 0.5cm 로 통일한다. 3)같은 밝기의 환경에 두고,등잔 불꽃에서 5cm 떨어진 곳에서 조도계를 이용하여 조도를 측정한다. [그림 20]등불의 조도 측정. 나.탐구 결과 1)식물성 기름에 불이 붙은 모습 <표 8> 식물성 기름에 불이 붙은 모습 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨기름 2)석유계 기름에 불이 붙은 모습 <표 9> 석유계 기름에 불이 붙은 모습 경유 등유 메틸알콜 휘발유 - 16 -
3)기름의 종류에 따른 조도 비교 <표 10>기름의 종류에 따른 조도 (50lux의 환경에서 측정,10회 평균) 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 조도 (lux) 170 ~190 250 ~270 200 ~220 70 ~90 420 ~440 390 ~410 380 ~400 180 ~200 [그림 21]기름의 종류에 따른 조도 그래프. 다.알아낸 점 1)식물성 기름 중 가장 밝은 것은 참기름이고 가장 어두운 것은 홍화씨 기 름이다. 2)석유계 기름 중 가장 밝은 것은 등유이고 가장 어두운 것은 메틸알콜이다. 3)밝기를 고려한다면 석유계 기름이 호롱형 등잔에 사용하기에 적합하다. 라.궁금한 점 기름의 종류에 따라 불꽃의 모양과 밝기가 달랐는데 기름의 종류에 따라 불꽃의 온도에도 차이가 있지 않을까? 하는 궁금한 마음이 들어서 실험을 통해 확인해보기로 했다. - 17 -
2 기름의 종류에 따라 불꽃의 온도는 어떻게 다를까? 가.탐구 방법 1)식물성 기름과 석유계 기름을 등잔에 50mL 씩 담는다. 2)심지의 전체 길이는 10cm,뚜껑 위로 나오는 부분은 0.5cm 로 통일한다. 3)적외선 온도계를 이용하여 등잔 불꽃에서 5cm 떨어진 곳에서 조도를 측정한다. [그림 22]불꽃온도 측정모습. * 여기서 잠깐! 불꽃온도 측정 지점은? 온도 측정지점 - 기름의 종류에 따라 불꽃의 모양과 길이가 다르므로 측정지점을 정할 필 요가 있다. - 불꽃의 심지와 불꽃의 끝을 기준으로 가운데 지점에 온도계를 평행으로 맞추 고 측정한다. 나.탐구 결과 1)기름의 종류에 따른 불꽃 온도 <표 11> 기름의 종류에 따른 불꽃 온도 (10회 평균) 온도( ) 들기름 참기름 아주까리 기름 130 ~140 190 ~200 150 ~160 홍화씨 기름 140 ~150 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 230 ~240 190 ~200 160 ~170 130 ~140 [그림 23]기름의 종류에 따른 불꽃온도 그래프. - 18 -
다.알아낸 점 식물성 기름 중 불꽃 온도가 가장 높은 것은 참기름이고,석유계 기름 중 불꽃 온도가 가장 높은 것은 등유이다. 라.궁금한 점 기름에 따라 조도와 불꽃온도가 다름을 발견하였는데,기름의 종류에 따라 불꽃의 길이는 어떻게 다를까?궁금해져서 좀 더 탐구해보기로 했다. 3 기름의 종류에 따라 불꽃의 길이는 어떻게 다를까? 가.탐구 방법 1) 식물성기름과 석유계 기름을 등잔에 50mL 씩 담는다. 2)심지의 전체 길이는 10cm,뚜껑 위로 나 오는 부분은 0.5cm로 통일한다. 3)등잔 뒤쪽 면에 자를 놓고 심지 끝에 서 불꽃 끝까지의 길이를 측정한다. [그림 24]불꽃길이 측정 모습. 나.탐구 결과 1)기름의 종류에 따른 불꽃 길이 <표 12>기름의 종류에 따른 불꽃 길이(cm) (10회 평균) 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 등유 경유 휘발유 메틸 알콜 불꽃길이 (cm) 1.0 2.5 2.0 0.5 5.0 5.5 4.5 2.5 [그림 25]기름의 종류에 따른 불꽃길이 그래프. - 19 -
다.알아낸 점 1)식물성 기름 중 불꽃의 길이가 가장 긴 것은 참기름이고,석유계 기름 중 에서는 경유의 불꽃 길이가 가장 길다. 2)불꽃의 길이는 탐구 Ⅰ-3에서 확인한 기름의 종류에 따른 모세관 현상 정도와 관계있다고 생각할 수 있다. 라.궁금한 점 실험을 하던 중 시간이 지남에 따라 식물성 기름은 불씨의 크기가 작아지 고 오래 가지 않아 꺼지는 것을 발견하였다.그래서 기름의 종류에 따라 불꽃의 지속시간은 어떻게 다를까?에 대한 탐구를 해보기로 하였다. 4 기름의 종류에 따라 불꽃의 지속시간은 어떻게 다를까? 가.탐구 방법 1)식물성기름과 석유계 기름을 등잔에 50mL 씩 담는다. 2)심지의 전체 길이는 10cm,뚜껑 위로 나오는 부분은 0.5cm 로 통일한다. 3)심지에 불을 붙인 뒤 불이 꺼질 때 까지 소요되는 시간을 측정한다. [그림 26]불꽃지속시간측정 모습. 나.탐구 결과 1)기름의 종류에 따른 불꽃의 지속시간 비교 <표 13> 기름의 종류에 따른 불꽃의 지속시간(분) (10회 평균) 불꽃지속 시간(분) 들기름 참기름 아주까리 기름 홍화씨 기름 경유 등유 메틸 알콜 휘발유 18 55 35 15 계속 계속 계속 계속 다.알아낸 점 1)호롱형 등잔에 식물성 기름을 넣으면 불꽃이 오래 가지 않아 꺼지기 때문에 오랫동안 사용하기에 적절하지 않다. 2)석유계 기름은 불이 꺼지지 않고 계속 붙어 있는데 이는 심지 끝까지 연료 가 빠르게 공급되기 때문이라 생각된다. - 20 -
라.궁금한 점 실험을 통해 호롱형 등잔에는 석유계 기름이 사용하기 적절하고,식물성 기름은 오래가지 않아 꺼지는 것을 알 수 있었다.하지만 통일신라시대에는 석유가 수입되기 이전이므로 호롱형 등잔을 사용하지는 않았을 것이라 생각한다.그렇다면 식물성 기름을 넣고 사용하기 적합한 등잔은 무엇이 있 을까? 우리들의 대화 - 혜림 : 언니, 나는 전통 등잔이라고 하면 뚜껑이 있는 호롱 형 등잔을 떠올렸었는데 호롱형 등잔에 식물성 기름을 넣어서 쓰니 오래가지 않아 꺼지고 사용하기 적절하지 않은 것 같아. - 하은 : 그렇지만 통일신라시대에는 석유계 기름을 사용하지 는 않았을 것이야. 식물성 기름을 넣고 불을 붙이기 적 절한 등잔은 뭐가 있을까? - 혜림 : 식물성 기름은 심지에 흡수되는 속도가 느리니까 뚜 껑이 있는 것보다는 없는 게 나을 것 같아. - 하은 : 그럼 뚜껑이 없는 종지형 등잔에 심지를 놓고 불을 붙이는 것은 어떨까?? 탐구 Ⅱ에 대한 결론 탐구 Ⅱ : 전통 등잔에 어떤 연료를 사용하였을까? 1 주 제 기름의 종류에 따른 불의 밝기 탐구를 통해 알게 된 점 식물성 기름 중에서는 참기름이, 석유계 기름 중에 서는 등유의 조도가 가장 높음 2 기름의 종류에 따른 불꽃의 온도 식물성 기름 중에서는 참기름이, 석유계 기름 중에 서는 등유의 불꽃 온도가 가장 높음 3 4 기름의 종류에 따른 불꽃의 길이 기름의 종류에 따른 불꽃의 지속시간 식물성 기름 중에서는 참기름이, 석유계 기름 중에 서는 경유의 불꽃 길이가 가장 길음. 호롱형 등잔에 식물성 기름을 넣으면 불꽃이 오래 가지 않아 꺼지기 때문에 오랫동안 사용하기에 적절 하지 않음 결 론 기름의 종류에 따라 불의 밝기, 불꽃온도, 불꽃의 길이는 다르고 식물성 기 름 중에서는 참기름이 조도가 높고 불꽃길이가 긴 편임. 하지만 식물성 기 름은 호롱형 등잔에서 오랫동안 지속되지 않아 사용하기 적절하지 않고, 뚜 껑이 없는 종지형 등잔에 사용했을 것이라 생각할 수 있음. - 21 -
탐구과제-Ⅲ 전통 등잔에 어떻게 불을 밝힐 수 있었을까? 1 전통 등잔에는 어떤 심지를 사용하면 좋을까? 가.탐구 방법 1)종지형 등잔에 참기름을 50mL넣는다. 2)1 실을 15가닥 꼬아 만든 실 심지, 2 천을 2 10cm로 잘라 만든 천 심지, 3 한지를 꼬아 만든 한지 심지를 굵기가 0.5cm로 같게 만든다. 3)각 심지에 불을 붙이고 조도,불꽃의 지속시간 등을 관찰한다. [그림 27]세 가지 종류의 심지. 나.탐구 결과 1)심지의 종류에 따른 불꽃의 모습 비교 <표 14> 심지의 종류에 따른 불꽃의 모습 실 심지 천 심지 한지 심지 불이 붙은 모습 2)심지의 종류에 따른 조도 비교 <표 15> 심지의 종류에 따른 조도 (50lux의 환경에서 측정,10회 평균) 실 심지 천 심지 한지 심지 조도(lux) 250~270 100~120 290~310 3)심지의 종류에 따른 불꽃의 지속시간 비교 <표 16> 심지의 종류에 따른 불꽃의 지속시간(분) (10회 평균) 실 심지 천 심지 한지 심지 불꽃지속 시간(분) 60 10 계속 - 22 -
다.알아낸 점 1)식물성 기름은 종지형 등잔에 한지 심지를 넣고 사용하면 불꽃이 꺼지지 않 고 오래 보존된다. 2)식물성 기름은 호롱형 등잔보다 종지형 등잔에 넣고 사용하기 적합하다. 라.궁금한 점 종지형 등잔에는 한지 심지가 오래 지속되어 사용하기 적절한 것을 알게 되었는데 한지 중에서는 어떤 한지가 심지로 사용하기 좋을까?하는 생각 이 들어서 탐구해 보기로 하였다.앞선 탐구에서 심지 끝까지 기름을 빠르 게 흡수해야 불꽃이 오랫동안 꺼지지 않는다는 것을 알게 되어 기름을 잘 흡수하는 심지를 찾기로 하였다. 2 어떤 한지로 등잔 심지를 만들면 좋을까? 가.탐구 방법 1)순지 전주향,순지 중고급,순지 미사라시 3가지 종류의 한지를 2 30cm로 자른다. 2)USB 현미경을 통해 한지의 짜임이나 촘 촘한 정도를 비교해본다. 3)세 가지 종류의 한지를 스탠드에 걸어둔 후 동시에 참기름에 적셔서 10,30,60분이 지난 후 참기름이 올라온 높이를 측정한다. [그림 28]한지를 자르는 모습. 나.탐구 결과 1)세 가지 종류의 한지의 구조 비교 <표 17> 세 가지 종류의 한지의 구조 비교 (배율:200배) 순지 전주향 < 순지 중고급 < 순지 미사라시 순지 전주향의 짜임이 가장 덜 촘촘하고 한지의 두께가 얇음 - 23 -
2)참기름이 한지에 흡수된 높이 비교 <표 18> 참기름이 한지에 흡수된 높이(cm) (10회 평균) 순지 전주향 순지 중고급 순지 미사라시 10분 후 6.0 4.5 4.0 30분 후 4.3 3.5 3.3 60분 후 3.3 2.4 2.0 [그림 29]한지의 종류에 따라 기름이 흡수된 높이 그래프. 다.알아낸 점 1)순지 전주향 < 순지 중고급 < 순지 미사라시 순으로 두께가 두껍다. 2)한지가 얇을수록 기름이 흡수되는 속도가 빠르다. 3)빨리 흡수되는 것이 좋은 심지라고 생각한다면,순지 전주향을 심지로 사 용하는 것이 좋을 것이다. 라.궁금한 점 한지의 종류에 따라 심지에 흡수되는 속도가 달랐는데 한지로 만든 심지 의 굵기가 기름 흡수 속도에 영향을 주는지 궁금해져서 더 탐구해보기로 했다. - 24 -
3 어떤 굵기의 한지 심지가 기름을 잘 흡수할까? 가.탐구 방법 1)순지 전주향 한지를 1 5cm 30cm 2 10cm 30cm 3 15cm 30cm 4 20cm 30cm 네 가지 크기로 자른다. 2)한지를 꼬아 4가지 굵기의 심지를 만들고 스탠드에 걸어둔 후 동시에 참기름에 적셔서 10,30,60분이 지난 후 기름이 올라온 높이를 측정한다. [그림 30]네 가지 굵기의 한지 심지. 나.탐구 결과 1)한지 심지의 굵기에 따라 참기름이 흡수된 높이 비교 <표 19> 한지 심지의 굵기에 따라 참기름이 흡수된 높이(cm) (10회 평균) 5 30 (가장 얇음) 10 30 15 30 20 30 (가장 굵음) 10분 후 3.7 4.0 4.2 4.5 30분 후 5.5 5.5 5.7 6.0 60분 후 6.5 7.0 7.5 8.0 [그림 31]한지심지의 굵기에 따라 기름이 흡수된 높이 그래프. - 25 -
다.알아낸 점 1)굵은 한지 심지가 기름을 빠르게 흡수 하는 것을 알 수 있다. 2)기름을 빠르게 흡수하는 등잔을 좋은 등잔이라고 생각한다면 한지 심지를 굵게 만들어 사용하는 것이 좋다. 라.궁금한 점 심지의 굵기에 따른 흡수속도는 기름의 종류에 따라 다르게 나왔다.그렇다 면 심지의 굵기에 따른 빛의 밝기는 어떤 차이가 있을까?하는 점이 궁금 하여 좀 더 탐구해보기로 하였다. 4 어떤 굵기의 한지 심지가 불이 가장 밝을까? 가.탐구 방법 1) 종지형 등잔에 참기름을 50mL씩 넣고 탐구 Ⅲ-3에서 제작한 4가지 굵기의 한지 심지를 담근다. 2)조도계를 이용하여 심지의 종류에 따른 조도를 비교한다. 3)같은 밝기의 환경에 두고,등잔 불 꽃에서 5cm 떨어진 곳에서 조도를 측정한다. [그림 32]심지의 굵기에 따른 조도 차이 측정. 나.탐구 결과 1)한지 심지의 굵기에 따른 조도 비교 <표 20>한지 심지의 굵기에 따른 조도 (50lux의 환경,10회 평균) 5 30 (가장 얇음) 10 30 15 30 20 30 (가장 굵음) 불이 붙은 모습 조도(lux) 190~210 220~240 230~250 250~270-26 -
[그림 33]한지심지의 굵기에 따른 조도 그래프. 다.알아낸 점 1)한지 심지의 굵기가 굵을수록 조도가 높다. 2)밝기를 고려한다면 심지를 굵게 만드는 것이 등잔에 사용하기에 가장 적 합하다. 라.궁금한 점 탐구 Ⅰ~Ⅲ을 통해 조도가 높은 식물성 기름(참기름),식물성 기름을 사용 하기 적절한 등잔(종지형),기름을 잘 흡수하는 심지(얇은 한지,두꺼운 한 지 심지)을 확인했다.그렇다면 이러한 등잔을 어두운 밤에 야외에 있는 석등에 사용하기 적절할까?하는 생각이 들어서 더 탐구해보기로 하였다. 5 식물성 기름 등잔을 어두운 밤에 야외에서 사용할 수 있을까? 가.탐구 방법 1) 큰 종지형 등잔에 참기름을 500mL 넣는다. (중탕냄비를 큰 종지형 등잔으 로 사용함) 2)한지심지 넣고 밤에 운동장에 나가서 등잔에 불을 붙인다. 3)1,5,10m 떨어진 곳에서 조 도계를 이용하여 조도를 측정 한다. [그림 34]야외에서 종지형 등잔의 조도 측정. - 27 -
나.탐구 결과 1)밤에 야외에서 측정한 종지형 등잔 조도 <표 21>밤에 야외에서 측정한 종지형 등잔 조도 (0.1lux의 환경,10회 평균) 1m 거리 5m 거리 10m 거리 불이 붙은 모습 조도(lux) 3.0 0.9 0.5 다.알아낸 점 1)종지형 등잔을 야외에서 사용하였을 때 10m거리에 가면 0.5lux 정도의 조 도로 불빛이 매우 어두우며,사람이나 건물을 분간하기 어렵다. 2)식물성 기름을 넣은 종지형 등잔은 조도가 낮아 밤에 야외에서 사용하기 에는 적절하지 않다는 것을 알 수 있었다. 라.궁금한 점 탐구 Ⅲ을 통해 식물성 기름의 사용에 적절한 종지형 등잔과 심지를 밝혀 냈지만 야외에서 사용하기에는 너무 어두워서 석등에 놓기는 적합하지 않 았다.그렇다면 쌍사자 석등에는 기름이 아닌 무엇으로 불을 밝혔을까? 하는 생각이 들어서 더 탐구해보기로 하였다. 우리들의 대화 - 하은 : 혜림아, 식물성 기름에 적절한 등잔을 찾았지만 이것 을 밤에 야외에서 사용하려니 너무 어둡지? - 혜림 : 응~ 언니. 얼굴도 보이지 않을 정도로 어두운 데 이 건 위험하기도 하고, 절 안을 밝혀주는 석등의 역할을 제대로 하지 못했을 것 같아. - 선생님 : 그럼 도대체 무엇을 태워서 불을 밝혔을까? 주변에 서 쉽게 구할 수 있으면서도 불이 잘 붙고 환한 연료 를 사용해야 했겠지? - 하은 : 선생님, 그럼 법주사에 한 번 더 가서 연료로 쓸 만 한 것이 있는지 주변을 둘러봐요. - 혜림 : 그리고 쌍사자 석등에서도 힌트를 얻을 수 있을지 모 르니 다시 한 번 자세히 보는 것도 좋을 것 같아요! - 28 -
탐구 Ⅲ에 대한 결론 탐구 Ⅲ : 전통 등잔에7는 어떻게 불을 밝힐 수 있었을까? 1 2 3 4 5 주 제 전통 등잔에 적합한 심지 탐구 등잔 심지를 만들기에 좋은 한지 탐구 등잔 심지로 적합한 굵기의 한지 심지 탐구 굵기에 따른 한지 심지가의 조도 탐구 식물성 기름 등잔의 야간, 야외에서의 조도 탐구를 통해 알게 된 점 식물성 기름은 종지형 등잔에 한지 심지를 넣고 사용하면 불꽃이 꺼지지 않고 오래 보존됨 한지가 얇을수록 기름이 흡수되는 속도가 빠름. 굵은 한지 심지가 기름을 빠르게 흡수하므로 한 지 심지를 굵게 만들어 사용하는 것이 좋음 한지 심지의 굵기가 굵을수록 조도가 높음 식물성 기름을 넣은 종지형 등잔은 조도가 낮아 밤에 야외에서 사용하기에는 적절하지 않음 결 론 식물성 기름은 종지형 등잔에 한지 심지를 넣고 사용하면 불꽃이 꺼지지 않고 오래 보존됨. 한지가 얇을수록, 한지 심지는 굵을수록 기름이 흡수되는 속 도가 빠름. 한지 심지의 굵기가 굵을수록 조도가 높음. 하지만 식물성 기름을 넣은 종지형 등잔은 야외에서 사용하기에는 조도가 낮아 어두우며, 사람이나 건물을 분간하기 어려움. 밤에 야외에서 사용하기 에는 적절하지 않다는 것을 알 수 있음. - 29 -
탐구과제-Ⅳ 쌍사자 석등에 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을까? 1 쌍사자 석등의 구조는 어떻게 생겼을까? 가.탐구 방법 1)쌍사자 석등의 1등잔 놓는 부분,2 안쪽 지붕돌 연결부분,3 화사석과 지붕돌 부분을 자세히 관찰한다. 2)다른 일반적인 석등들과 비교하여 차 이점을 찾아보고 쌍사자 석등의 특징 을 찾아본다. [그림 35]쌍사자 석등의 구조 관찰. 나.탐구 결과 1)일반적인 석등과 쌍사자 석등의 등잔 놓는 부분 비교 <표 22> 일반적인 석등과 쌍사자 석등의 등잔 놓는 부분 일반적인 석등 쌍사자 석등 등잔을 놓는 부분이 평평함 등잔을 놓는 부분이 움푹함 2)일반적인 석등과 쌍사자 석등의 내부구조 비교 <표 23> 일반적인 석등과 쌍사자 석등의 내부구조 일반적인 석등 쌍사자 석등 화사석과 지붕돌 연결부분이 막혀있음 화사석과 지붕돌 연결부분이 아치형으로 둥글게 연결되어 있음 - 30 -
3)쌍사자 석등의 화사석과 지붕돌 부분 <표 24> 쌍사자 석등의 화사석과 지붕돌 부분 화사석부분 지붕돌 바깥 부분 지붕돌 안쪽 부분 화사석과 지붕돌 부분에 검은 그을음이 많이 관찰됨 다.알아낸 점 1)쌍사자 석등은 등잔 놓는 부분이 움푹하게 생긴 것으로 보아 밑이 둥근 종지형의 등잔이나 용기를 사용했을 것이다. 2)일반적인 석등은 지붕돌 연결 부분이 막혀있는데 비해,쌍사자 석등의 안쪽 지붕돌 연결 부분은 아치형으로 생겼다. 3)쌍사자 석등의 화사석과 지붕돌 부분에 그을음을 있는 것으로 보아 석등이 단지 예술품이 아닌 실제로 등불을 밝혔다는 것을 알 수 있다. 라.궁금한 점 쌍사자 석등의 내부구조에서 몇 가지 특징을 발견하였는데,법주사 주변에 서 쉽게 구할 수 있으며 둥근 용기에 넣고 태울 수 있는 연료가 무엇이 있 을지 찾아보기로 하였다. - 31 -
2 쌍사자 석등에 불을 밝힌 연료는 무엇이었을까? 가.탐구 방법 1)법주사 주변의 환경을 관찰하며 연 료로 쓸 수 있는 것을 찾아본다. 2)법주사 스님과 보은군청 문화해설사 선생님께 쌍사자 석등에 대한 조언을 구한다. 3)관솔과 송진에 대해서 인터넷 백과 사전을 통해서 조사하고 관찰하며 특 징을 알아본다. 나.탐구 결과 1)<표 25> 속리산 법주사 주변의 환경 속리산 정이품송 [그림 36]법주사 주변 관찰. 속리산 서원리 소나무 소나무숲 소나무 송진 소나무 홍보 전시관 법주사 주변에는 소나무가 많고 소나무 단면에서 송진 을 볼 수 있음 사진출처 :[네이버 이미지]속리산 - 32 -
2)문화해설사 선생님과의 대화 - 하은 : 선생님, 안녕하세요? 저희는 쌍사자 석등에 어떻게 불을 밝혔을지 탐구 중이에요. - 문화해설사 선생님 : 그렇구나, 아무래도 속리산 근 처에서 쉽게 구할 수 있는 연료가 좋지 않았 을까? - 혜림 : 네~ 저희가 법주사 주변을 둘러봤는데 소나 무가 참 많은 것 같아요. 그런데 이 소나무 를 관찰하다 보니 끈적끈적한 것이 있던데 이건 무엇이에요? - 문화해설사 선생님 : 그건 송진 이라는 것이야. 소나무가 손상을 입었을 때 분비되는 것인 데 불이 잘 붙어 일제강점기 때는 연료로 쓰기 위해 일본인들이 강탈해가기도 했단 다. 그리고 송진이 많이 묻어있는 소나무의 가지는 관솔 이라고 하지. - 하은 : 정말요? 송진이 불에 잘 붙는다면 관솔을 연 료로 쓸 수 있지 않을까요? 그럼 쌍사자 석 등에도 사용했을 수도 있을 것 같아요. - 문화해설사 선생님 : 음~ 그럴수도 있겠구나. [그림 37]문화 해설사 선생님과의 대화. 3)관솔과 송진에 대한 조사 및 관찰 결과 <표 26> 관솔과 송진에 대한 조사 및 관찰 결과 송진 관솔 모 습 조사결과 관찰 결과 소나무 과의 나무가 손상 을 입었을 때 분비되는 발 삼으로 깨끗한 것은 무색투 명한 액체이나 시간이 지나 면 희뿌옇고 끈질긴 성질이 있다.테레빈유 바니스 제조 및 종이나 비누 만드는 데 쓰인다. 송진이 엉긴 소나무의 가 지나 옹이. 예전에는 송진 이 많은 관솔에 불을 붙여 촛불이나 등불 대신으로 썼 다.소나무속 나무의 줄기에 서 분비되는 송진이 나무줄 기에 발달한 세포간도( 細 胞 間 道 )에 엉겨서 생긴다. 손으로 만지면 끈적거리고 결 정이 큰 덩어리 형태이나 손으 로 쉽게 부셔 짐. 열에 의해 쉽게 녹는다. 소나무 특유의 향이 있으며 액 체상태의 송진 이 많이 묻어있 다. 송진이 묻 은 부분은 끈적 끈적하다. 사진 및 내용출처 :[네이버 지식백과] 송진. 관솔 (두산백과) - 33 -
다.알아낸 점 1)법주사 주변에는 소나무가 많고 소나무에서는 송진 이 분비된다. 2)송진이 엉겨있는 소나무의 가지를 관솔 이라고 하고 예전에는 관솔에 불 을 붙여 촛불 대신 사용하기도 했다. 3)관솔에 불을 붙여 쌍사자 석등의 등불을 밝혔다는 추측을 해 볼 수 있다. 라.궁금한 점 관솔에 대한 조사를 하던 중 예전에는 관솔에 불을 붙여 촛불 대신 사용하기 도 하였다고 하는데 정말 불이 잘 붙는지 실험을 통해 확인해보기로 하였다. 3 송진이 많이 엉겨있는 관솔에는 불이 잘 붙을까? 가.탐구 방법 1)종지형 모양의 용기에 1단풍나무 가지, 2은행나무 가지,3소나무 가지(송진이 묻은 관솔)을 300g씩 담는다. 2)나뭇가지에 불이 잘 붙도록 신문지에 불을 붙여 넣는다. 3)각 나뭇가지에 불이 붙는 데 까지 걸리 는 시간을 측정하고 불이 붙은 모습을 관찰한다. [그림 38]관솔을 구하는 모습. 나.탐구 결과 1)나뭇가지에 불이 붙는데 걸리는 시간 <표 27> 나뭇가지에 불이 붙는데 걸리는 시간 (10회 평균) 소나무가지(관솔) 은행나무가지 단풍나무가지 1분 13분 20분 단풍나무,은행나무는 불이 붙은 신문지를 넣어도 불이 금방 붙지 않지만, 관솔은 송진에 불이 붙으면서 관솔 전체로 빠르게 불이 붙음 - 34 -
2)관솔이 타는 모습 관찰 <표 28> 관솔이 타는 모습 관찰 관솔이 타는 모습 특징 - 관솔에 묻어있는 끈 적끈적한 송진이 신문 지에 붙은 불에 의해 액체상태로 변한다. - 붙이 잘 붙는 송진의 특성 때문에 관솔 전체 에 불이 붙는다. 다.알아낸 점 1)관솔에 묻어있는 끈적끈적한 상태의 송진에 불이 먼저 붙고,관솔 전체에 불이 옮겨 붙는다. 2)다른 나뭇가지들에 비해 관솔에는 불을 붙이는 데 걸리는 시간이 짧아 등 불에 사용하기에 적합하다. 라.궁금한 점 관솔에는 불이 붙는 모습을 관찰하다보니 관솔에 묻어있는 끈적끈적한 송 진에 불이 먼저 붙었는데 송진의 상태에 따라서 불이 붙는 속도가 다를 까?하는 궁금증이 생겨서 탐구해보기로 하였다. 4 어떤 상태의 송진에 불이 잘 붙을까? 가.탐구 방법 1)증발접시에 1고체 상태의 송진과 2 열을 가해 녹인 액체상태의 송진을 50g씩 담는다. 2)실로 심지를 만들어서 넣고 불을 붙 인다. 3)불이 붙는 데 까지 걸리는 시간을 측 정하고 불이 붙은 모습을 관찰한다. [그림 39]송진을 가열하는 모습. - 35 -
나.탐구 결과 1)송진에 불이 붙는 데 걸리는 시간 비교 <표 29> 송진에 불이 붙는 데 걸리는 시간 (10회 평균) 고체상태 송진 액체상태 송진 불이 붙은 모습 불이 붙는데 걸리는 시간 관찰 결과 심지만 타다가 꺼지고 3초 송진에 불이 붙지 않음 액체상태의 송진에 불이 훨씬 빨리 붙으며,불꽃이 크고 밝음 다.알아낸 점 1)고체 상태의 송진에는 불이 붙지 않고,열을 가해 액체 상태로 만든 송진 에는 불이 빠르게 붙는다. 2)송진은 끈끈한 액체상태일 때 연료로 사용이 가능하고,앞서 실험한 관솔 에 불이 빠르게 붙는 이유도 이와 연관 지어 생각할 수 있다. 라.궁금한 점 송진이 묻어있는 관솔에는 불이 잘 붙는데 쌍사자 석등에 사용하려면 어두 운 밤에 야외에서도 밝아야 될 것이라는 생각이 들었다.그래서 관솔을 이용 한 등불이 밤에 얼마나 밝을까?탐구해 보기로 하였다. - 36 -
5 관솔을 이용한 등불을 어두운 밤에 야외에서 사용할 수 있을까? 가.탐구 방법 1)종지형 등잔에 송진이 묻어있는 관솔을 넣는다. 2)밤에 운동장에 나가서 관솔에 불을 붙인다. 3)1,5,10m 떨어진 곳에서 조도계를 이용하여 조도를 측정한다. 나.탐구 결과 1)밤에 야외에서 측정한 관솔 등불 조도 <표 30>밤에 야외에서 측정한 관솔 등불 조도 (0.1lux의 환경,10회 평균) 1m 거리 5m 거리 10m 거리 불이 붙은 모습 조도(lux) 18.3 8.4 3.5 관찰결과 참기름을 이용한 종지형 등잔보다 조도가 훨씬 높음 다.알아낸 점 1)식물성기름(참기름)을 이용한 등잔보다 관솔을 이용한 등불이 불씨가 훨씬 크고 밝다. 2)관솔을 연료로 하여 불을 붙이면 조도가 높아서 야외에서도 사용할 수 있다. 라.궁금한 점 쌍사자 석등의 화사석과 지붕돌 부분에는 그을음이 많이 있는데 그을음을 현미경으로 관찰해보면 어떤 모습일까? 관솔을 태운 그을음과 같은 모습 일까?궁금해져서 하는 생각이 들어 확인해보기로 하였다. - 37 -
6 쌍사자 석등의 지붕돌에 그을음은 어떤 모습일까? 가.탐구 방법 1)쌍사자 석등의 지붕돌,화사석 부분에 테이프를 이용하여 그을음을 채취한다. (법주사 주지 스님께 허락을 구한 후 채취함) 2)관솔,참기름,들기름을 태워 그을음을 철판에 모아 채취한다. 3)충북대학교 공동실험실습관을 방문하여 전자현미경을 이용해 1석등의 그을 음과 2관솔,3참기름,4들기름 그을음의 모습을 비교해본다. [그림 40]그을음을 채취한 부분. [그림 41]관솔을 태워 그을음을 모으는 모습. [그림 42]전자현미경으로 그을음 모습 관찰해보기. 나.탐구 결과 1)쌍사자 석등의 지붕돌 부분에서 테이프를 이용해 채취해온 그을음 [그림 43]쌍사자 석등에서 테이프를 이용해 채취한 그을음. - 38 -
2)쌍사자 석등의 그을음과 다른 그을음들의 모습 비교 <표 31> 쌍사자 석등의 그을음과 다른 그을음들의 모습 비교 (배율 :1만 배) 쌍사자 석등 그을음 관솔을 태운 그을음 -입자가 크고 거친 부분과 작은 알갱이 부분이 섞여있음 -쌍사자 석등 그을음과 관솔을 태운 그을음은 비슷한 구조를 보임 참기름을 태운 그을음 들기름을 태운 그을음 알갱이가 매우 작고 동글동글한 모습임 참기름에 비해 알갱이가 크지만 동글동글한 모습은 비슷함 다.알아낸 점 1)쌍사자 석등의 지붕돌 부분에서 관솔을 태운 그을음과 비슷한 구조를 가진 그을음을 발견할 수 있었다. 2)참기름,들기름을 태운 그을음에서는 작고 동글동글한 구조를 가진 그을 음이 관찰된다. 3)쌍사자 석등의 거칠고 넓은 부분은 관솔이 타면서 발생한 재 부분이며, 동글동글한 부분은 송진 그을음 이라고 추측해볼 수 있다. - 39 -
라.궁금한 점 쌍사자 석등의 그을음을 채취하면서 석등 내부를 보니 평평한 구조가 아니 라 둥근 모양의 아치형 구조임을 알게 되었다.이러한 구조는 등불을 피우 는 데 어떤 영향을 줄까?하는 생각이 들어서 탐구를 해보기로 하였다. 7 쌍사자 석등의 내부는 왜 아치형 구조로 생겼을까? 가.탐구 방법 1)PET병을 이용하여 1 아치형 구 조의 내부 구조 모형과 2막힌 구 조의 내부구조 모형을 만든다. 2)모형 안에 향을 피워 연기의 흐름 을 관찰한다. [그림 44]석등의 내부 구조 모형 만들기. 나.탐구 결과 1)아치형 구조와 막힌 구조에서 향 연기의 흐름 비교 <표 32> 아치형 구조와 막힌 구조에서 향 연기의 흐름 비교 쌍사자 석등 모형(아치형) 일반적인 석등 모형(막혀있음) 아치형 구조에서는 공기의 흐름이 원활하여 대류가 잘 일어남 다.알아낸 점 1) 아치형 구조에 향을 피우면 대류가 잘 일어나고,막힌 구조에 향을 피우 면 연기의 흐름이 고르지 못한 것을 발견하였다. 2)아치형 구조에서는 그을음이 화창으로 잘 빠져나가는 것을 알 수 있고, 이러한 석등의 구조에서 우리 조상들의 지혜를 엿볼 수 있다. - 40 -
탐구Ⅳ에 대한 결론 탐구 Ⅳ : 쌍사자 석등에 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을까? 주 제 1 쌍사자 석등의 구조 탐구를 통해 알게 된 점 등잔 놓는 부분은 움푹하고, 내부구조는 아치형 이며 지붕돌에 그을음이 남아있음 2 3 4 5 6 7 쌍사자 석등에 불을 밝힌 연료 관솔에는 불이 잘 붙는지 탐구 불이 잘 붙는 송진의 상태 탐구 관솔 등불의 야간. 야외에서의 조도 쌍사자 석등의 지붕돌에 그을음 모습 탐구 쌍사자 석등의 아치형 내부 구조 탐구 법주사 주변에는 소나무가 많고 송진이 많이 엉 겨있는 관솔을 연료로 썼을 것이라 추측해봄 송진이 묻어있는 관솔은 다른 나무 가지들에 비 해 불이 빠르게 잘 붙음 고체 상태의 송진에는 불이 잘 붙지 않는 반면 액체 상태의 송진에는 불이 잘 붙음 관솔에 불을 붙인 등불은 참기름 등잔보다 조도 가 훨씬 높아서 야간. 야외에서도 사용가능함 쌍사자 석등의 지붕돌에 있는 그을음과 관솔을 태운 그을음은 비슷한 구조를 가지고 있음 아치형 내부구조는 공기의 대류를 원활하게 하 여 그을음을 잘 빠져나가게 해 줌 결 론 송진은 액체상태에서 불이 쉽게 잘 붙으며, 송진이 많이 엉겨있는 관솔은 다른 나무 가지들보다 불이 빠르게 붙고 조도도 높아서 석등에 사용하기 적합함. 쌍사자 석등에 남아있는 그을음의 구조와 관솔을 태운 그을음의 구조가 비슷한 것으로 보아 관솔을 연료로 하여 쌍사자 석등의 불을 밝혔 을 것이라 추측해볼 수 있음 - 41 -
Ⅴ 종합 결론 탐구과제-1 등잔 심지에 불이 붙는 원리는 무엇일까? 심지는 등잔 속에 있는 기름을 심지 끝까지 끌어올리는 역할을 하며 이를 모 세관 현상 이라 한다. 경유 > 등유 > 휘발유 > 메틸알콜 > 참기름 > 아주까리 기름 > 들기름 > 홍화씨 기름의 순서로 모세관을 올라오는 높이가 높다. 또한 기름의 종류에 따라 심지를 타고 올라오는 속도가 다르다. 참기름과 등유를 넣 은 등잔을 비교해 보았을 때, 참기름 등잔은 심지 끝까지 기름이 흡수되는 속도 가 느리며, 등유보다 불꽃이 작고 어둡다. 탐구과제-2 전통 등잔에 어떤 연료를 사용하였을까? 기름의 종류에 따라 불의 밝기, 불꽃온도, 불꽃의 길이가 다르다. 석유계 기름을 넣은 등잔이 식물성 기름 등잔보다 조도가 높고 불꽃의 길이가 길다. 식물성 기름 중에서는 참기름이 조도가 높고 불꽃길이가 긴 편이었다. 하지만 식물성 기름은 호롱형 등잔에서 오랫동안 지속되지 않아 연료로 사용하기 적절하지 않다. 따라서 통일신라시대에 쌍사자 석등에는 호롱형 등잔을 사용하지는 않았을 것이다. 탐구과제-3 전통 등잔에 어떻게 불을 밝힐 수 있었을까? 식물성 기름은 종지형 등잔에 한지 심지를 넣고 사용하면 불꽃이 꺼지지 않고 오 래 보존된다. 한지가 얇을수록, 한지 심지는 굵을수록 기름이 흡수되는 속도가 빠름. 한지 심지의 굵기가 굵을수록 조도가 높다. 하지만 식물성 기름을 넣은 종 지형 등잔은 야외에서 사용하기에는 조도가 낮아 어두우며, 사람이나 건물을 분 간하기 어렵다. 밤에 야외에서 사용하기에는 적절하지 않다는 것을 알 수 있다. 탐구과제-4 쌍사자 석등에 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을까? 법주사 근처에는 소나무가 많으며 송진이 엉겨있는 소나무가지를 관솔이라 한 다. 송진은 액체상태에서 불이 쉽게 잘 붙으며, 송진이 많이 엉겨있는 관솔은 다른 나무 가지들보다 불이 빠르게 붙고 조도도 높아서 석등에 사용하기 적합 함. 쌍사자 석등에 남아있는 그을음의 구조와 관솔을 태운 그을음의 구조가 비 슷한 것으로 보아 관솔을 연료로 하여 쌍사자 석등의 불을 밝혔을 것이라 추측 해볼 수 있다. 또한 쌍사자 석등의 아치형 구조에서 공기의 대류현상을 원활하 게 하기 위해 노력한 조상들의 지혜를 발견할 수 있다. - 42 -
Ⅵ 전망 및 활용성 1.우리는 조상들이 사용한 등잔의 구조와 기름,심지에 대해 여러 가지 탐구를 해보았고,통일신라시대에 쌍사자 석등에 어떤 연료를 사용하여 불을 밝혔을 지 추측해보았다.주변에서 쉽게 구할 수 있으며 조도가 높고 불을 붙이기 쉬 운 관솔을 이용하여 등불을 밝힌 조상들의 지혜와 슬기를 확인할 수 있다. 2.쌍사자 석등의 구조에서 발견한 아치형 구조의 장점을 바탕으로 미래 건축기 술에 접목하여 과학적인 구조의 건축물이나 문화재 제작에 도움을 줄 것이 다. Ⅶ 느낀 점 법주사에 가서 우연히 보게 된 쌍사자 석등에서 시작한 호기심이 이렇게 많 은 발견을 갖고 오게 될지 몰랐다.우리 조상들이 쌍사자 석등에 사용한 연료를 찾아가는 과정이 힘들기도 했지만 관솔을 사용하여 불을 밝혔을 것이라는 추 측을 하고,쌍사자 석등에 남아있는 그을음과 관솔을 태운 그을음 구조가 비 슷하다는 것을 발견할 때 얻은 그 성취감은 잊을 수가 없을 것 같다.내가 1300년 전 과거로 돌아간 것 같은 기분이 들어 설레었고,쌍사자 석등을 자세 히 관찰하고 실험을 통해서 조상들의 지혜를 발견하는 순간 나는 감탄하지 않을 수 없었다.긴 시간동안 실험과 탐구를 하면서 힘들기도 하였지만,그만큼 많이 배우고 느낄 수 있었던 값진 시간이었다.앞으로도 작은 호기심 하나가 나 를 과학의 세계로 이끌어갈 것이라는 믿음과 함께 탐구를 마친다. <참고한 자료> 1.흥선, 석등,눌와,2011 2. 한국의 등잔,한국등잔박물관 도록 3. 탐구에 참고한 과학전람회 보고 -등잔의 화선에는 왜 구멍이 뚫려 있을까? -촛불의 연소시간에 관한 우리들의 탐구 -등잔에는 왜 아주까리 기름이 주로 사용되었을까? 4.참고한 인터넷 사이트 -네이버 www.naver.com -한국등잔박물관 htp:/www.deungjan.or.kr/ -국립중앙과학관 htp:/science.go.kr - 43 -