생명과학 · 인체·항상성 / 원리와 탐구
허파 모형과 호흡 실험 해설
허파 모형의 풍선은 스스로 공기를 빨아들이는 것이 아니라 주변 공간의 압력 변화에 따라 부풀어 오릅니다. 고무막을 당기거나 올리고 기도를 열거나 닫으며 풍선의 부피를 관찰해 보세요. 흉강 부피·압력 차·공기 이동의 순서로 들숨과 날숨을 설명하는 실험입니다.
어떤 원리인가요?
고무막을 당기면 흉강 부피가 늘고 압력이 낮아져 풍선으로 공기가 들어와요. 막이 올라오면 공기가 나가요. 기도를 닫으면 공기 이동이 없어요.
핵심 관계
P/P₀ = V₀/V · 흉강 부피 1.1V₀ → 압력 P₀/1.1
이렇게 관찰해 보세요
- 고무막을 아래로 끌어 흉강 부피를 늘려요. 당김 슬라이더로도 똑같이 조작할 수 있어요. 실행하면 풍선 부피와 공기 흐름이 변해요. 자동 호흡은 들숨·날숨 한 주기를 보여요.
- 10% 증가 조건과 기도만 닫은 조건을 실행·기록해요. 흉강 부피와 풍선 부피를 구별해요.
- 부피 10% 감소 조건에서는 압력이 높아지고 공기가 나가요. 자동 호흡에서 흐름 방향이 바뀌는지 관찰해요.
결과를 읽는 기준
기도를 닫고 고무막을 당기면 이 모형의 공기 이동은?
흉강 압력은 PV=일정으로 낮아져요. 기도가 열리면 풍선이 커지며 유입되고 닫히면 공기 이동은 0이에요. 이 단순 모형에서는 닫힌 풍선 부피도 고정해요.
모형의 범위와 한계
흉강 공간을 일정 온도의 밀폐 기체로 보고 보일 법칙을 적용한 가상 상대값이에요. 풍선은 목표 부피 1+0.8×(V/V₀−1)에 지수적으로 접근해요. 실제 흉막 압력·허파 탄성·흉곽 운동·기체 교환은 생략해요. 닫힌 풍선은 부피도 고정하는 근사예요. 실제 인체의 압력이나 호흡량을 예측하지 않아요.