헬륨 풍선은 왜 하늘로 떠오를까요?
답은 주위의 공기에 있답니다. 30초 만에 알려 드릴게요.헬륨 풍선이 뜨는 것은 고무의 무게까지 포함한 풍선 전체가 같은 크기의 공기보다 가볍기 때문이에요. 공기는 아래쪽일수록 세게 밀기 때문에, 풍선에는 밀어낸 공기의 무게만큼 위로 향하는 힘(부력)이 작용해요. 이 힘이 풍선의 무게보다 커서, 손을 놓으면 올라가요.
공기에도 무게가 있어요
눈에는 보이지 않지만, 공기에도 무게가 있어요. 같은 크기당 무게를 '밀도'라고 해요. 돌은 스티로폼보다 밀도가 커서, 물에 함께 넣으면 돌이 가라앉아요. 공기 속에서도 마찬가지로, 헬륨은 공기보다 밀도가 작은 기체예요.
아래에서 밀어 올리는 힘 '부력'
공기가 미는 힘(기압)은 땅에 가까울수록 세져요. 그래서 풍선은 위쪽보다 아래쪽이 조금 더 세게 밀려서, 전체적으로 위로 향하는 힘을 받아요. 이것을 '부력'이라고 해요. 부력은 풍선이 밀어낸 공기의 무게와 같은 크기라고 여겨져요(아르키메데스의 원리).
1리터면 얼마나 가벼울까?
캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스의 해설에서는 1기압, 약 27℃일 때 공기 1리터는 약 1.18g, 헬륨은 약 0.164g으로 계산되어 있어요. 1리터짜리 헬륨 풍선이라면 그 차이인 약 1.02g까지 들어 올릴 수 있지만, 여기에는 풍선 고무의 무게도 포함돼요.
숫자는 캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스 해설의 계산값이에요.
뜰지 말지는 풍선 전체로 정해져요
즉, 뜰지 말지는 헬륨만이 아니라 고무 등을 포함한 풍선 전체로 정해져요. 보통 공기로 부풀린 풍선은 고무의 무게만큼 밀어낸 공기보다 무거워서 바닥에 떨어져요. 헬륨 풍선의 줄이 팽팽하게 당겨지는 것은 부력이 풍선의 무게보다 커서 위로 향하는 힘이 남아 있다는 표시예요.
더 알고 싶다면
- 연구자들은 헬륨을 넣은 기구에 관측 기계를 달아 하늘 높은 곳의 대기를 조사하기도 해요.
- 수소는 헬륨보다 더 가벼운 기체이지만, 불에 타기 쉬워서 사람이 타는 비행선에는 위험이 크다고 여겨져요.
- 열기구도 같은 원리예요. 안의 공기를 데우면 공기 알갱이가 줄어들어, 주위의 차가운 공기보다 가벼워져서 떠올라요.
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헬륨 풍선은 왜 하늘로 떠오를까요?
정답 보기
- 풍선 전체가 공기보다 가벼워서
- 헬륨이 하늘로 끌려가서
- 고무가 공기를 밀어내서
풍선 전체가 공기보다 가벼워서 고무까지 포함한 풍선 전체가 같은 크기의 공기보다 가벼워서, 밀어낸 공기의 무게만큼 위로 미는 힘(부력)으로 떠올라요.
고무까지 포함한 풍선 전체가 같은 크기의 공기보다 가벼워서, 밀어낸 공기의 무게만큼 위로 미는 힘(부력)으로 떠올라요.
다음 퀴즈 ›참고 자료
- Helium-filled balloon (36.39)UC Santa Barbara, Physics Lecture Demonstrations (영어)
- Floating in Air?University of Illinois Urbana-Champaign, Physics Van (영어)
- Balloons (How Things Work lecture notes, 4.1)University of Maryland, Department of Physics (영어)
이 글은 2026-10-03 기준으로 위 자료를 확인하고 썼습니다. 연구가 진행되면 설명이 바뀔 수도 있습니다. 사진 출처는 각 사진 아래에 있습니다.
