즐거운 주말 양과장네 가족은 세계에서 가장 큰 익룡 발자국의 화석과 세계에서 가장 오래된 물갈퀴새 발자국 화석이 있는 해남 우항리로 탐구 여행을 갔다.

“아빠, 여기 바위에 큰 발자국이 무척 많아요.”
“어~ 그래. 현민아, 그것이 바로 동일 지층에서 발견된 익룡의 발자국 가운데 세계에서 가장 큰 발자국 화석이야.”
“와! 30cm도 넘을 것 같아요.”
“정확하게 35cm란다. 이렇게 큰 익룡이 있었다는 것은 이 주위로 무척이나 많은 공룡이 있었다는 것을 의미하는 것이겠지?”
발자국을 보며 신기해하는 현민이에게 정여사가 대답했다.

“그런데 이런 발자국들이 몇 천만년 지나도 남아 있다는 게 너무 신기해요.”
“그렇지? 이런 발자국 화석을 생흔 화석이라고 하는데….”
“여보, 갑자기 그렇게 어려운 용어를 쓰면 현민이가 못 알아듣잖아요.”
“헤~ 맞아요. 역시 우리 엄마가 최고야!”
“그…그런가? 그러면 우리 간단하게 화석에 대해 좀 알아볼까?”
“네. 좋아요~”

“화석은 우선 몇 가지 분류로 나눌 수 있어. 우선 화석이 생성될 당시 그 주변 환경을 알려주는 시상화석이 있고, 화석이 생성될 당시의 시대를 측정할 수 있는 표준화석이 있지.”
“시상화석과 표준화석이요?”
“그래. 현민아, 예를 들어 산호는 바다가 잔잔하고 수심이 얕으며 따뜻한 바다에서만 자라는 특성이 있어. 그래서 어느 지층에서 산호 화석이 발견되었다면 그 당시 그 주변은 수심이 얕고 따뜻한 바다라는 것을 추측해 볼 수 있겠지? 이런 화석을 시상화석이라고 한단다.”

“그럼 표준화석은요?”
“표준 화석은 화석이 생성될 당시의 시대를 추측해 볼 수 있는 화석을 말하는데…. 음, 예를 들면 현민이가 좋아하는 스테고사우루스 공룡의 경우 지금으로부터 약 1억 5,600만 ~ 1억 4,600만 년 전 쥬라기 후기에 살던 공룡이야. 그러니까 어느 지층에서 스테고사우루스의 화석이 발견되었다면 화석이 발견된 지층은 쥬라기 후기 지층이라고 생각할 수 있겠지? 이런 화석을 표준화석이라고 해.”

“아~ 그렇구나. 시상화석과 표준화석. 까먹지 말아야지. 아빠, 그런데 어떤 화석을 보면 이렇게 발자국만 있는 것이 있고 어떤 것은 뼈 그대로 있는 것도 있고 어떤 것은 돌처럼 생긴 화석이 있는데 이런 화석들은 다 다른 거예요?”
“그건 엄마가 설명해 줄게. 그런 것들은 화석이 어떻게 생성 됐는가에 따라 나누어지는데, 예를 들어 지금 보고 있는 이런 발자국같이 그 당시 동물들의 발자국이나 몸이 끌린 자국들이 그대로 굳어지면서 만들어진 화석을 흔적화석 또는 생흔화석이라고 해. 그리고 지층 속에 동물의 유체가 묻힌 뒤 분해되어 완전히 사라져 버리고 그 외형만 남아 있는 것을 몰드(Mold)라고 하고 이 몰드에 지하수나 화산암의 영향으로 다른 성분이 들어가 채워지는 것을 캐스트(Cast)라고 한단다.”

“와, 우리 정여사가 그걸 어떻게 알았어? 대단한데!”
“현민이랑 이곳에 온다고 공부한 거라고요~”
“우리 엄마 최고다.”
“호호~ 그렇지? 현민아, 그럼 우리 직접 화석을 만들어 보면서 어떻게 화석이 만들어지는지 알아볼까?”
“물론이죠! 어서 만들어 봐요.”


[실험방법]
준비물 : 지점토, 입이 넓은 용기, 파라핀(양초), 종이컵, 비눗물, 전자레인지, 공룡 인형

[진행순서]
1. 입이 넓은 용기에 지점토를 깐다.
2. 공룡 인형에 비눗물을 바른다.
3. 지점토 위에 공룡 인형을 놓고 꾹 누른다.
4. 다시 공룡 인형을 뺀 다음 그곳에 비눗물을 살짝 바른다.
5. 전자레인지에 녹인 파라핀 용액을 용기에 붙는다.
6. 잠시 후 파라핀 용액이 굳으면 용기에서 파라핀과 지점토를 꺼낸다.
7. 여기에서 지점토를 제거하면 화석 만들기 성공.

글 : 양길식 과학칼럼리스트





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  1. Favicon of https://windlov2.tistory.com BlogIcon 돌이아빠  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    오호~ 아이와 즐거운 놀이도 하면서 교육적 효과까지!!! 저도 한번 집에서 해 봐야겠습니다.

    좋은 정보 감사드립니다.~~~

    2008.09.26 14:42 신고
  2. Favicon of http://ㅋㅋ BlogIcon ㅋㅋㅋ  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    간만에 웃고간다 ㅄ ㅋㅋㅋ

    2008.09.26 22:43


스위트 스팟(Sweet Spot)은 스포츠 분야에서 나온 용어로 야구 배트나 테니스 라켓 등이 공을 맞힐 때 특별한 힘을 가하지 않고도 가장 멀리 가장 빠르게 날아가게 만드는 부분, 즉 공을 맞히는 최적지점을 이야기하는 것이었다. 그러나 최근 들어 마케팅에서는 소비자가 기업에 대한 친밀감이 극대화되는 순간인 소비자 심리 타점을 일컫기도 하고 건축에서는 콘서트홀과 같은 곳에서 가장 소리가 잘 들리는 자리를 말하기도 한다.

이처럼 스포츠, 마케팅, 건축에서 다양하게 쓰이는 스위트 스팟은 단순히 적절한 위치라는 의미만을 나타내지는 않는다. 이번 북경 올림픽에서 이승엽 선수가 친 홈런들을 생각해 보라! 체구가 큰 서양의 야구선수들과 달리 이승엽 선수는 큰 힘을 들이지 않고 자연스러운 스윙으로 손쉽게 홈런을 만들어내어 우리 한국 팀에게 승리를 안겨 주었다. 바로 이승엽 선수의 배트가 투수가 던지는 공을 작용과 반작용이 가장 잘 일어날 수 있는 위치에 맞게끔 궤적을 그리며 회전하기 때문이다.

건축음향설계에서도 이승엽 선수의 배트에 맞는 공처럼 소리가 가장 잘 반사되는 위치들이 있다. 음향설계에 있어서 어쩌면 가장 이상적인 것은 음원에서 전해지는 직접음을 듣는 것일 수 있지만 실내공간이 되면 이는 도저히 바랄 수 없는 이상이다. 과거 그리스의 극장들이 다 외부라는 사실을 상기해보면 알 수 있을 것이다. 기둥 하나만 세워도 벌써 멋진 가수의 목소리를 감아 왜곡을 시키는데 벽이랑 천장까지 생기면 진정한 라이브의 묘미는 물 건너갔다고 볼 수 있다. 그래서 건축음향설계를 할 때 벽이나 천장에 반사음을 효과적으로 활용하여 객석 전체에 충분한 음압을 고르게 분포하는 것이 중요하다.



<그림 1>은 건축음향설계의 하나의 예로서 음원에서 나가는 직접음과 반사음이 골고루 객석에 전달되는 음선을 표현하고 있다. 그러나 이 정도로 건축음향설계가 끝났다고 생각하면 큰 오산이다. 만일 직접음과 반사음이 객석에 도착하는 시간이 다르다면 이것도 아주 곤란한 문제를 일으키게 된다. 바로 소리의 간섭효과로 소리가 불분명하게 들리는 것이다. 또한 이들 음이 적정한 잔향시간을 확보하지 못해도 똑같은 문제가 생겨나게 된다. 이를 해결하는 곳은 객석의 측벽이다.

객석의 측벽은 음의 반사효과뿐만 아니라 음을 풍부하게 하는 확산효과와 적정실내잔향을 유지하기 위한 흡음성능을 가지고 있어야 한다. 그래서 콘서트홀의 경우 무대 쪽 전면의 경사진 측벽은 천장처럼 완벽한 반사재를 선택한다. 중간과 후면의 측벽에는 보통 사각뿔 형태의 구조물을 벽체의 중간높이를 중심으로 적절하게 설치하여 음을 확산시킨다. 콘서트홀의 맨 뒤쪽 벽은 유해한 에코 현상을 방지하기 위해서 넓은 주파수에 걸쳐 흡음성을 가지도록 처리한다. 이것으로 최적의 소리를 만들 수만 있다면 얼마나 좋을까?

콘서트홀은 필연적으로 관객이 앉을 수 있는 의자들이 있기 마련이다. 극장이나 음악당을 가면 우리는 푹신한 천으로 된 의자에 앉게 된다. 모르는 사람들은 관객들이 편하게 앉아 감상할 수 있게 쿠션을 넣어 만들었다고 착각할 수 있다. 그러나 실상은 그렇지 않다. 그것은 사람이 없을 때 의자의 바닥이 올라져 있는 것을 보면 알 수 있다. 들려져 있는 의자의 바닥은 흡음을 위해 타공이 되어 있는 것을 볼 수 있다. 의자를 천과 쿠션으로 만든 것도 같은 이유이다. 만일 이 의자들이 소리를 반사하게 되면 멋진 소리를 귀에 닿기 위해 공들인 천장과 벽이 아무 소용없게 되기 때문이다. 이처럼 천장과 벽 그리고 의자들이 각자의 위치에서 조화로운 역할을 조금만이라도 못한다면 그 공연장은 연극, 뮤지컬, 연주회 등에서 나오는 진정한 소리를 들을 수 없게 된다.



<그림 2>는 한스 샤로운(hans scharoun)이 설계한 베를린 필하모니 음악당이다. 자유로운 지붕의 형태는 음악당에서 작용하는 소리의 궤적을 따라 모든 객석이 최적의 스위트 스팟이 될 수 있도록 설계된 것이다. 이승엽 선수는 멋진 홈런 한 방을 만들 수 있는 스위트 스팟을 찾기 위해 하루에 천 번의 스윙을 연습한다고 했다. 정말 대단한 일이라고 생각하지만, 최적의 음향을 위해 무수히 많은 경우의 수를 생각해야 하는 건축가의 일 또한 그에 못지않을 것이다.

글 : 이재인 박사(어린이건축교실 운영위원)


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김과학 군이 의기소침한 모습으로 카페에 앉아 있다. 취직 준비 중인 김과학 군은 이번 달 들어 면접을 세 번 봤지만 다 신통치 않았다. 직장에 다니는 선배 이향기 양을 만나 조언을 들으려는 참이다.

“과학 군, 오늘 면접은 어땠어?”

“아, 선배. 그게… 예상 질문들이 나왔지만 어쩐지 잘 못한 것 같아요. 같이 면접을 본 사람들은 다들 저보다 훨씬 당당하게 말을 잘하더군요. 아마 이번에도…”

“과학 군, 혹시 면접을 볼 때도 지금 같은 목소리로 말했어?

“제 목소리인데 당연히 같은 목소리로 말했죠. 사람 목소리야 한결같은 거 아닌가요?”

이향기 양은 김과학 군이 자꾸만 면접에서 낙방하는 이유를 알겠다며 고개를 끄덕인 뒤 설명을 시작했다.

과학 군, 메시지를 전달할 때 상대에게 가장 큰 영향을 주는 게 뭘까? 내용이라고 생각하기 쉽지만 사실은 목소리야. ‘메라비언의 법칙(The Law of Mehrabian)’이라는 게 있는데, 메시지 전달에서 목소리가 차지하는 비중이 38%로 1위, 다음으로 표정(35%), 태도(20%)가 영향을 미치고 대화의 내용은 겨우 8%에 불과하다는 법칙이지. 특히 전화에서는 목소리의 중요도가 82%까지 올라간다고 해. 면접이든 소개팅이든 전화 통화든 목소리가 결정적인 역할을 한다는 걸 기억해둬.”

김과학 군은 면접을 숱하게 보면서도 표정이나 자세가 중요하다는 생각은 했지만 목소리는 미처 신경을 쓰지 못했다. 타고난 것이니 바뀔 수 있다는 생각도 못했다. 이향기 양은 말을 이어갔다.

“일반적으로 사람이 대화를 나눌 때의 목소리 음역은 100∼4,000㎐, 보통 남자의 목소리는 100~150Hz 정도야. 100Hz는 1초에 성대가 100번 진동한다는 뜻이지. 소리가 높아질수록 주파수가 높아지는데, 높은 주파수일수록 파장이 짧아서 또렷하게 들려. 대신 전달 거리는 짧지. 주파수가 낮은 중저음의 목소리는 반대로 안정감과 지적인 느낌을 주지. 아주 낮은 저주파수의 음은 두려움과 경외감을 느끼게 하고. 그 점을 염두에 두고 목소리를 가다듬으면 좋을 것 같아.”

김과학 군은 이향기 양과 헤어지고 나서도 줄곧 좋은 목소리란 무엇일까에 대해 생각했다. 목소리에 대한 지식도 많아졌다.

듣기 좋고 매력적인 좋은 목소리에는 공통점이 있다. 하모닉스(Harmonics)가 풍부하다는 점이다. 하모닉스란 성대가 진동하면서 만들어진 화음. 성대가 진동하여 나오는 순수한 소리가 목의 인두강·구강 등 공명강에 부딪쳐 진동하면서 화음이 생겨난다. 맨 처음 만들어지는 하모닉스는 기본주파수의 2배의 주파수를 갖는다. 만일 기본 주파수가 120Hz라면 인두강 등을 거치면서 240Hz이 된다. 이후 360Hz, 480hz 등의 여러 주파수 음이 섞이면서 화음을 형성하게 된다. 일반인의 목소리에는 하모닉스가 4~6개뿐이다. 하지만 벨칸토(bel canto)창법으로 노래하는 유명 성악가들의 경우 하모닉스가 12개에 이른다고 한다.

‘나도 목소리가 좋은 사람이 되면 좋겠다. 왜 남자에게만 변성기가 오는 걸까? 변성기 전에는 나도 제법 맑은 목소리였는데…’

김과학 군은 변성기를 탓하기도 했다. 변성기에 이르면 남성의 성대는 한 번에 배로 늘어난다. 성대가 늘어나면 목소리 톤도 낮아진다. 변성기는 남성에게만 오는 것은 아니다. 여성에게도 오지만, 여성의 성대 길이는 남성의 20% 수준이고 크게 늘어나지 않기 때문에 그 차이가 드러나지 않을 뿐이다. 남성들만 이런 극적인 변화를 겪는 것은 수컷이 암컷에게 접근할 때 주목도를 높이기 위해서란 설이 있다. 실제 변성기를 지난 중저음의 남성 목소리는 여성들에게 매력적으로 여겨진다.

고민하고 한탄만 하던 김과학 군은 목소리도 훈련을 통해서 더 좋아질 수 있다는 것을 알게 되었다. 우선은 성대를 깨끗하게 유지하는 게 첫 번째. 성대의 면이 깨끗하고 진동이 정확하게 일어나야 많은 하모닉스를 만들 수 있기 때문이다. 술과 담배는 당연히 피해야 하고, 커피, 홍차, 녹차 등과 기름진 음식도 목소리에는 좋지 않다. 김과학 군은 좋은 목소리를 만들기 위한 훈련도 본격적으로 시작했다.

좋은 목소리만큼이나 상황에 맞는 목소리가 중요하다는 것을 알게 되었다. 홈쇼핑의 판매자들은 높고 빠르게 말한다. 시청자들에게 긴장감을 유발해 구매를 촉진하려는 전략이다. 전화 안내나 텔레마케터들은 상쾌한 느낌을 주기 위해 목소리 톤을 살짝 높인다. 설득을 할 때는 낮고 부드러운 목소리로 또박또박 이야기하는 것이 효과적이다. 김과학 군은 자신의 목소리를 녹음해 들어보면서 부자연스러운 부분을 점검하고, 남들이 듣기 좋고 본인이 말하기에 자연스러운 톤을 찾아 목소리 훈련을 했다. 목소리 훈련을 시작한 뒤로는 자신감도 생기고 어쩐지 사람들이 자기 말에 더 귀를 기울이는 것 같은 느낌도 들었다.

‘하하. 다음 면접은 분명히 합격이라고!’

글 : 이소영 과학칼럼니스트


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  1. Favicon of http://rusk.kr BlogIcon 재밍  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    취업준비생이라 그런지 더욱 와닿네요. 감사합니다.

    2008.09.12 12:45

사용자 삽입 이미지
엄마는 내가 어렸을 때부터 밤하늘을 보면서 과학 이야기를 해주시곤 했다. 엄마가 얘기해주는 과학 이야기는 정말 실감 나고 흥미진진했기 때문에 나는 얼른 밤이 오기를 기다린 적도 있다. 어느 날 엄마는 나에게 세상엔 눈으로 볼 수 없는 생물도 있다는 이야기를 말씀해 주셨다.

“요즘도 학교에서 우유 잘 먹고 있니?”
“응. 그런데 가끔 깜박하고 안 먹으면 다음 날 우유에 건더기가 생겨. 왜 그런 거야?”
“상해서 그렇단다. 바로 우유 속에 있는 세균 때문이지.”
“세균? 우유 속에? 난 못 봤는데… 막 꿈틀거려?”
“아니~ 세균은 우리 눈에 보이지 않아. 그래서 미생물이라고 그러기도 해.”

“눈으로 볼 수 없는 생물?”
“그렇지. 눈으로 볼 수 없을 만큼 작은 생물.”
“어디에 있어? 지구에 있어?”
“지구에는 우리가 지금 살고 있는 환경 외에도 다양한 자연환경이 존재한단다. 예를 들면 남극 기온은 영하 60도 이하로 내려가고 심해저 열수분화구 주변의 수온은 100도가 넘거든. 이렇게 춥고 뜨거운 곳에는 생명체가 살 수 없다고 생각하지만 생명이 없는 곳은 없어.”

“으아~ 생각만으로 춥고 뜨겁다! 그냥 안 춥고 안 뜨거운 곳에서 살면 안 돼?”
“그 생물들은 그들이 있는 환경이 최적이라고 느끼는 거겠지. 80도 이상 되는 고온 환경에서만 잘 자라는 초고온균 얘길 해줄까? 초고온균이 생산하는 단백질은 100℃에서도 변하지 않기 때문에 중온성 미생물이 고온에서 오염되는 단점을 극복할 수 있단다. 그러면서도 중온균이 생산하는 효소와 동일한 기능을 가지고 있어. 하지만 중온균 효소들이 변성을 일으키는 극한 환경에서 안정하기 때문에 신기한 것이지.”

“음… 좀 신기한 균이네?! 다른 종류 또 있어?
“신기하지? 세균은 원래 중성(pH 7)에서 잘 자라는 성질이 있어. 그런데 호산성균이라는 세균은 산성 환경을 좋아하고, 호염균은 알칼리성 환경을 좋아해서 소금 농도가 아주 높은 곳에서 살아.”

“잠깐! 종류가 많으니까 헷갈려~”
“이렇게 생각하면 돼. 심해저에서 서식하는 호압균의 경우, 압력을 좋아하니까 호압균이라고 부르는 거야. 이 균은 수심 6,500m에서 650기압이 되는 높은 압력을 좋아하는데, 650기압이라면 1㎠ 크기에 650㎏의 무게가 실리는 것과 같거든. 정말 대단하지? 그럼 퀴즈 하나 내볼까? 암석에서 사는 균을 뭐라고 할까?

“암석에서 사는 균? 그럼 호암석균인가?
“으하하~ 반은 맞았다. 암석 안에서 자라는 암석균이 있고, 독성물질이 있어야 사는 내독성균도 있어. 건조내성균은 생명의 필수요건이라는 물이 거의 없는 곳에서만 사는 미생물이고. 다 외우려고 하면 어려워. 이해하는 게 중요하지. 지금도 계속 이런 미생물들이 발견되고 있거든.”

“그러면 이 생물들을 다 미생물이라고 부르는 거고 세균은 안에 포함되는 거야?
“천천히 설명해줄게. 이렇게 극한 환경에서 사는 미생물의 발견이 늘어나자 미생물의 분류방법도 바뀌게 되었단다. 즉 핵막과 기관이 없다는 점에서는 세균(박테리아)과 비슷하지만 세포막의 구조나 DNA와 단백질을 합성하는 방법은 진균류(곰팡이)와 비슷해. 그래서 극한미생물을 아키아(Archaea)로 따로 분류하게 되었어. 이제 미생물에는 세균, 아키아, 진균이라는 세 개의 도메인이 있는 것이라고 보면 돼.”

“응. 세 개의 도메인이라…”
나는 밤하늘을 쳐다보면서 머릿속으로 분류해 보았다.
“새로 발견된 다른 미생물이 있는지 인터넷에서 같이 찾아볼까?”
엄마는 냉장고에서 간식을 가져오시면서 나를 컴퓨터 앞으로 부르셨다. 나는 미생물에 대해 점점 관심이 깊어졌다. 엄마는 미생물에 대한 기사를 검색하시다가 나를 향해 반갑게 소리치셨다.

“이것 봐. 미국 로스앤젤레스 도심 한복판에 있는 2만 8천 년 된 타르에서 박테리아가 발견됐대!”
“엄마. 타르가 뭐야?”
“타르란 물질을 태울 때 발생되는 모든 형태의 점액질을 지칭하는 대명사야. 목재에서 휘발성 물질을 제거하고 남은 물질을 나무 타르라고 하고 담배가 탈 때 생기는 점액물질을 담배 타르라고 하지. 그리고 석유나 석탄에서 휘발성 물질을 제거하고 남은 찌꺼기를 콜타르(Coal Tar)라고 하는데 이것이 아스팔트로서 도로포장에 사용되거든. 로스앤젤레스 도심에 있는 타르는 바로 도로포장에 쓰이는 아스팔트야. 그동안 이 거대한 타르에서 무수히 많은 동식물 화석이 발견되었단다.

“어떻게 발견한 거야? 지나가는 사람들이 발견했나?”
“하하. 도심이라고 하니까 그렇게 생각할 수도 있겠구나. 이 중유 찌꺼기인 타르에서 거품이 일어나는 것을 몇몇 과학자들이 관찰했대. 기사에 따르면 리버사이드 캘리포니아 대학의 환경과학자 데이비트 크롤리 교수와 그 연구팀에서 박사 후 과정을 밟고 있는 한국인 김종식 박사가 함께 관찰했다고 하는구나. 연구팀이 거품의 정체를 추적한 결과, 거품은 아스팔트를 먹고사는 박테리아가 배출하는 메탄가스임이 밝혀졌지. 타르 구덩이에서 박테리아 수백 종을 발견한 거고.

“우웩, 아스팔트가 맛있을까? 그걸 먹고살게~”
“덕분에 우린 새로운 사실을 알게 됐잖아. 이 아스팔트를 먹는 박테리아의 DNA 염기서열까지 해독하게 되었으니 말이야. 연구팀은 아스팔트를 먹는 박테리아에서 석유를 분해하는 효소 세 가지를 발견했대. 이 효소들을 이용해 토양이나 해양에 유출된 기름으로 인한 오염을 제거할 수 있어. 그리고 신약을 발명하고 바이오연료를 제조하고 석유 회수율을 높이는 등 다양한 용도로 쓸 수 있을 거야.

“음… 그렇게 사람들이 앞으로 살아가는 데 도움이 된다면 다른 박테리아도 더 많이 발견됐으면 좋겠다!”
“맞아. 이 박테리아와 마찬가지로 다른 극한미생물들도 우리의 삶을 바꿀 수 있는 아이디어를 제공할 수 있어. 어쩌면 우리의 상상을 초월하는 어딘가에 있을지도 모르지.
“엄마, 앞으로는 어떤 신기한 박테리아가 우리 앞에 나타날까? 생각만으로 가슴이 두근거린다~ 그렇지?”
“응, 나도 그래.”

글 : 이정모 과학칼럼니스트

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  1. Favicon of http://333hun.tistory.com BlogIcon 세미예  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    좋은 정보입니다. 환경에 많은 도움이 되겠네요. 잘봤습니다.

    2008.09.05 09:49

사용자 삽입 이미지
토요일 오후 양과장네 가족은 오붓하게 007 어나더데이 비디오를 보며 휴식을 취하고 있었다. 한참 영화를 보던 중 007 제임스본드역을 맡은 피어스 브로스넌이 호버크래프트를 타고 비무장지대의 지뢰밭을 지나던 장면을 보고 현민이가 물었다.

“와! 아빠 저 차는 땅 위로 날아서 다녀요.”
“아~ 저건 그냥 차가 아니라 호버크래프트라 부르는 일종의 비행정이야.”
“호버크래프트요? 그건 뭐에요? 그리고 비행기랑은 어떻게 틀린 거에요?”
드디어 신나는 질문시간이 돌아왔다는 듯 현민이는 양과장에게 쉴 틈 없이 질문을 쏟아 냈다.

“그래 알았다, 요 녀석아. 자, 그럼… 어디서부터 시작해야 하나. 옳지! 공기의 힘부터 설명해 줘야겠구나.”
“공기의 힘이요? 그건 종이비행기 만들 때 말씀해주셨잖아요.”
“아직 기억하고 있구나. 하하! 그래~ 공기는 아무것도 아닌 듯하지만 압력을 가지게 되면 큰 힘을 낼 수 있지. 이런 공기나 물의 압력 작용을 정리한 사람은 전에도 말했듯이 프랑스의 과학자 블레즈 파스칼이란다. 그럼 공기의 압력으로 어떻게 물체를 띄울 수 있을까?
“음. 잘 모르겠어요.”

“그건 의외로 쉽지. 그 물체가 가지는 무게보다 더 큰 힘을 낼 수 있도록 공기에 압력을 가해주면 물체는 떠오르게 되겠지? 예를 들어 무게가 10kg인 물체가 있는데 이 물체를 밀어내는 공기의 압력이 10kg보다 더 크다면 물체가 뜰 수 있겠지?”
“네~”
“그래. 이런 원리로 호버크래프트를 띄우는 거야. 즉, 호버크래프트의 무게보다 더 강한 힘을 내는 공기를 밑으로 지속적으로 분사해 주면 영화에서처럼 호버크래프트가 뜨게 되는 거야.

“아~ 그런데 어떻게 호버크래프트를 들어 올릴 수 있는 공기의 힘을 만들어 내는 거예요?”
“그건 호버크래프트 속에 프로펠러가 들어 있기 때문이란다. 이 프로펠러가 강하게 회전하면서 바깥의 공기를 빨아들여 압축시킨 다음 아래로 분사를 하는 거지. 그런데 그냥 분사가 된다면 공기는 바로 흩어지면서 무거운 호버크래프트를 똑바로 들어 올리지 못할 거야. 그래서 호버크래프트 옆을 보면 풍선처럼 부풀어 있는 것을 볼 수 있는데 이 공기주머니(스커트)에 압축 공기를 가두면서 호버크래프트 밑바닥 전체에 일정한 양력이 생길 수 있도록 하는 것이지.”

“그럼 앞으로 가거나 방향 전환을 하려면 어떻게 해야 돼요?”
“응. 영화 보면 호버크래프트 후면에 큰 프로펠러가 있지? 그 프로펠러를 돌려 앞으로 나아가는 추진력을 얻게 되고 프로펠러 뒤에 좌우측으로 움직이는 키를 통해 방향을 전환한단다.”
“아~ 그렇구나. 아빠! 그런데 왜 호버크래프트를 이용하는 거에요? 바다에서는 배 타고 가면 되고 땅에서는 자동차 타고 가면 되잖아요. 호버크래프트는 비행기처럼 높이 날 수도 없고 왠지 시시해 보여요.”

“아냐, 그렇지 않아. 호버크래프트는 공기의 힘으로 뜨기 때문에 자동차나 배보다 마찰력이 매우 낮아서 미끄러지듯 이동할 수 있는 장점이 있지. 게다가 딱딱한 땅이나 펄 같은 진흙밭이나 땅에서 바다로 바다에서 땅으로 어디든 이동이 가능하기 때문에 인명 구조나 산업 현장 그리고 군사용으로 많이 사용하고 있어.”
“아~ 그럼 시내에서도 타고 다니면 좋을 거 같아요.”
“하하, 호버크래프트는 아까 말했듯이 펜을 돌려 양력을 얻고 프로펠러로 추진력을 내기 때문에 소음이 매우 크단다. 게다가 고압의 공기를 아래와 옆으로 품어내니 엄청난 먼지가 날리게 될 거야. 그러니 도심에서 사용하기 어렵겠지!”

“편리하긴 하지만 만능은 아니라는 거죠?”
“그렇지.”
“아빠, 그런데 호버크래프트는 누가 처음으로 만든 거에요?”
“응. 1955년 영국의 과학자 크리스토퍼 코커렐(Christopher Cockerell)이 진공청소기를 이용해 만든 것이 최초라고 하더구나. 음… 그럼 우리 코커렐처럼 이 호버크래프트를 한번 만들어 볼까?”
“어~ 진짜 만들 수 있어요?”
“그럼! 영화에서 나오는 것과 똑같은 것은 만들기 어렵지만 그 원리는 쉽게 구현할 수 있지.”
“와, 신난다. 어서 만들어 봐요.”
“그래그래~”


[실험방법]
준비물 : CD, 필림통, 풍선, 빨대, 글루건


[진행순서]
1. 필름통 바닥면과 뚜껑에 구멍을 뚫는다.
2. 구멍 뚫린 필름통 바닥에 글루건으로 접착제를 바른 뒤 CD 가운데 구멍 있는 부분에 붙인다.
3. CD에 빨대 3개를 붙인다.
(풍선을 불어 고정할 때 빨대가 없으면 한쪽으로 기울어져 움직임이 둔해진다. 만약 빨대 없이 하려면 풍선을 작게 불어 기울어 지지 않도록 한다.)
3. 미리 뚫어 놓은 필름통 뚜껑에 풍선을 끼운다.
4. 풍선에 바람을 넣는다.
5. 필름통 뚜껑을 필름통에 닫는다.
6. 이렇게 만든 호버크래프트를 좌우로 밀어 본다.


[실험 Tip]
- CD면과 테이블의 바닥이 매끄러울수록 호버크래프트는 잘 움직인다.
- 만약 호버크래프트가 잘 움직이지 않는다면 필름통의 구멍을 조금 더 크게 뚫는다.
- 빨대가 없을 경우에는 풍선을 작게 불어 부푼 풍선이 좌우로 넘어지지 않게 한다.



글 : 양길식 과학칼럼리스트



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ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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  1. ㅇㅅㅇ  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    잘봤는데 실용성은 없네요 ㅋㅋ

    2008.08.29 15:50
  2. 여기  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    과학원리를 아이에게 설명해주는 것 갖고 실용성이 없다고 주장하는 또라이가 있습니다.

    2008.08.29 16:51
  3. 화기방차  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    해보니까 풍선 불때 차라리 필름통 뚜껑을 뺀 다은에 불고 그 다음에 끼워넣는게 더 쉽네요

    2008.08.29 23:17

건축물도 머리를 쓴다

과학향기 기사/Sci-Fun 2008. 8. 22. 09:21 by 과학향기
건축에 있어 경제와 사회는 불가분의 관계이다. 예컨대 제1차 오일쇼크는 자연광을 받을 수 있도록 경사 유리로 덮는 아트리움을 전 세계적으로 유행시켰고, 제2차 세계대전은 전후 복구를 목적으로 도미노 시스템으로 크게 나뉘는 콘크리트 박스형의 군더더기 없는 건축물을 탄생시켰다. 현재 연일 치솟는 유가 폭등은 가히 제3차 오일쇼크를 방불케 한다. 그래서 현대의 건축가들에게 건축물의 에너지 절약은 가장 큰 난제라 할 수 있다.

부잣집에서 딸 셋에게 쌀을 한 말씩 주고 한 달을 살라고 했다는 옛 이야기가 기억난다. 한 달 후 가장 지혜로운 방법으로 쌀을 많이 남겨온 딸은 누구인지 한번 시험해 보고자 했던 것이다.
첫째딸은 굶었다.
둘째딸은 한 달 동안 쌀을 아껴서 조금씩 먹었다.
셋째딸은 그 쌀을 받자마자 떡도 해먹고 하인과 배불리 먹고 나가서 일했다.

과거 건축물의 에너지 절약 방법이 무조건 안 쓰는 첫째딸 형이었다. 반면, 현대의 소비자들은 이야기 속 셋째딸이 더 나은 이익창출을 위해 머리를 쓴 것처럼 좀 더 편리하게 생활하는 쪽을 택한다. 이는 무한대로 무상, 공짜로 공급되는 자연에너지를 벌어서 쓰는 방법이다. 가장 대표적인 방법이 널리 알려진 태양열 에너지다. 그러나 이 방법은 위도가 맞아야 한다는 문제와 미학적 문제 등을 안고 있다. 다음은? 풍력이다. 그런데 바람의 문제는 불 때도 안 불 때도 있으며 혹은 불더라도 세기가 일정치 않다는 결정적 단점을 지니고 있다. 그렇다면 에너지원으로 빵점이다.

그러나 소극적으로 바람을 기다리는 것이 아니라 바람을 만든다면 이야기는 달라질 수 있다. 예컨대, 건물 사이에 늘 존재하는 극간풍은 골칫거리였다. 난류를 형성하기 때문이다. 그러나 위기를 기회로 즉 난류를 역으로 이용할 수 있다면 언제나 안정적인 바람을 공급받을 수도 있다.

또 건물을 아예 빙글빙글 돌려 바람을 만들어 낼 수도 있다. 건물이 빙글빙글 돌아서 어지러울 거라고 여긴다면 그건 오산이다. 두바이 dynamic architecture의 경우 건물을 완전히 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 약 90분 정도이니 건물의 거주자들이 느끼지 못할 정도일 것이다. 또한 건축물의 회전은 층과 층 사이에 마치 배의 노와 같이 생긴 날개(scoop)가 바람의 직진 운동을 회전력으로 바꿔주는 기능을 하여 가능하게 하였다.

일반적인 풍력장치는 날개가 수직이며, 보통 1-1.5메가와트의 전력을 생산한다. dynamic architecture의 수평 풍차는 0.3메가와트의 전력을 생산하며, 총 48개의 풍차가 건물바닥에 설치되어 있다. 풍차 1개당 50가구가 사용 가능한 전력을 생산하는데 이 건물에는 200가구가 거주하고 있어 나머지 44개 풍차에 의해 발생 전력은 주변 빌딩에 공급할 계획이다.

이 움직이는 건물을 설계한 이탈리아 출신 건축가인 데이비드 피셔(David fisher)는 “옳은 것은 무엇이든 좋지만, 좋은 것이 항상 옳진 않다.”라는 말로써 건축가들에게 현재의 방식이 옳다고 안주할 것이 아니라 적극적으로 새로운 방식을 찾을 것을 요구하고 있다.



이에 건축가들은 각각의 장점을 혼합한 형태의 새로운 방식을 내 놓았다. 예를 들어 태양열과 풍력을 동시에 이용하는 방법인데 현재 지름 29m의 풍차와 4,000개의 광 패널을 통해 바람과 태양열을 동시에 사용하도록 설계된 두바이 국제 금융센터(DIFC)가 대표적이다.

건축에서 바람(wind)은 미래의 바람(wish)이 되고 있다. 과학자들이 난색을 표명하던 풍력을 이용한 초고층 건물의 현실화는 이제 대체에너지로서 바람의 이용을 선택이 아닌 필수 요소로 바꾸어 놓았다. 그래서 나는 태양에 반짝이는 바람개비를 하나씩 달고 있는 미래의 건물들을 상상해 본다. “형태는 기능을 따른다(Form follow function).”라는 미스 반 데 로에(Mies van der Rohe)의 모더니즘 미학은 현대 건축에 있어서 “형태는 환경을 따른다(Form follow environmental).”가 되어야 하지 않을까?

글 : 이재인 박사(어린이건축교실 운영위원)

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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바이올린 ‘스트라디바리우스’는 바이올리니스트라면 누구나 꿈꾸는 명기(明器)다. 스트라디바리우스는 18세기에 이탈리아의 바이올린 마스터 안토니오 스트라디바리(1644~1737)와 그 일가가 만든 바이올린을 뜻한다. 현재 전 세계적으로 6~700여 대가 남아 있다고 하는데, 보존 상태가 좋은 스트라디바리우스 바이올린은 몇십 억 원이 넘는 고가에 팔리기도 한다. 2006년 크리스티 경매에서는 스트라디바리우스 한 대가 354만 달러에 거래되었다.

17~18세기에는 스트라디바리우스 외에도 과르네리, 아마티, 과다니니 등 유명한 바이올린이 많이 제작된 시기다. 이중 특히 과르네리와 스트라디바리우스는 명품악기의 대명사로 손꼽힌다. 남성적이고 볼륨있는 소리를 내기로 유명한 과르네리의 경우, 가장 뛰어난 품질의 악기는 ‘예수’라는 뜻인 ‘델 제수’가 붙어서 ‘과르네리 델 제수’라고 불린다. 반면, 스트라디바리는 과르네리에 비해 여성적이고 섬세한 소리를 낸다고 한다. 아이작 스턴, 이자크 펄만, 정경화 등이 과르네리를 애용하는 데 비해 메뉴인은 스트라디바리우스의 정수를 보여준 연주자로 알려져 있다.

그런데 이런 명품 바이올린은 어떻게 만들어지는 것일까? 왜 현대의 첨단기술로 만든 바이올린이 300년 전 수제 바이올린의 음색을 따라가지 못하는 것일까? 이 문제는 악기 제작자는 물론이고 과학자들로도 끊임없이 도전해 온 의문이다. 때문에 스트라디바리우스의 신비에 대한 과학적인 연구결과들도 적지 않게 나왔다.

예를 들면, 미국 테네시 대학의 학자들은 스트라디바리우스가 제작된 당시의 기후가 이 명기를 탄생시킨 열쇠라고 주장했다. 즉, 유난히 추웠던 18세기 당시의 날씨 때문에 악기 제작에 쓰인 나무의 나이테가 촘촘하고 나뭇결의 밀도가 높아졌고, 이 덕분에 소리의 스펙트럼이 균일하고 음정 변화가 거의 없는 명기가 제작되었다는 것이다.

텍사스 A&M 대학교의 생화학자인 조셉 네지바리 교수의 주장도 흥미진진하다. 스트라디바리와 그 제자들은 북이탈리아의 숲 속에 널리 서식하는 벌레로부터 바이올린을 보호하기 위해 바이올린 위에 일종의 화학물질인 도료를 발랐다. 네지바리 교수는 이때 사용된 도료들이 잡음을 제거하는 효과를 주어 스트라디바리우스 특유의 음색을 만들었다고 주장한다.

과학향기링크네지바리 교수는 2006년 ‘네이처’지에 이 같은 주장을 담은 논문을 발표해서 화제를 불러일으켰다. 그의 연구팀은 3대의 명품 악기(1717년산 스트라디바리우스 바이올린, 1731년산 스트라디바리우스 첼로, 1741년산 과르네리 델 제수 바이올린)와 1840년산 그랑 베르나델 바이올린, 1769년산 헨리 제이 비올라에서 나무 샘플을 채취하였다. 비교를 위해 최근에 악기 제작용으로 사용되는 보스니아와 중부 유럽의 단풍나무에서도 샘플을 채취하였다. 연구팀은 이 샘플들을 고체 핵자기 공명장치(13C Solid-state NMR)와 푸리어 변환 적외선 분광장치(FTIR)로 정밀하게 분석해 보았다.

이 비교 연구를 통해 네지바리 연구팀은 악기를 가공할 당시의 화학처리, 즉 산화와 가수분해에 사용되었던 화학물질들이 나무의 성질에 변화를 주었다는 결론을 내렸다. 사실 그전에도 스트라디바리우스에 사용된 도료가 비밀의 열쇠라는 주장은 여러 번 제기되었다. 그러나 체계적으로 도료의 성질을 연구하고, 저명한 학술지에 논문으로 발표한 연구는 네지바리 교수팀이 처음이다.

재미있게도, 화학계는 네지바리 교수의 연구에 대해 대체로 긍정적인 반응을 보인 반면, 악기제조업자들은 이를 별로 믿지 않는 눈치다. 즉, 스트라디바리우스만이 낼 수 있는 ‘천상의 음색’은 한두 가지 이유에 의해 만들어진 것이 아니라 수십, 수백 가지 요소들이 복합적으로 작용한 결과라는 것이다. 악기제작자들은 ‘네이처’지에 발표된 연구 결과에 대해 “이 정도로 스트라디바리우스의 모든 비밀이 밝혀졌다고 생각하지 않는다. 스트라디바리는 진정한 천재였다. 과학이 어떤 질문에 대해서는 답을 줄 수도 있지만, 과학과 예술이 항상 같은 결론을 낼 수 있는 것은 아니다.”라고 말했다. 또 네지바리 교수가 과학자인 동시에 직접 바이올린 제작사를 운영하고 있다는 사실도 그의 연구에 대해 ‘무언가 사업적 동기가 있을 것’이라는 의혹을 불러일으켰다.

정말로 네지바리는 자신의 회사에서 제작한 바이올린이 스트라디바리우스나 과르네리에 버금가는 음색을 내고 있다고 주장하고 있다. 실제로 그가 운영하는 바이올린 회사의 홈페이지(http://www.nagyvaryviolins.com/)에는 자신들의 연구결과를 보도한 ABC 뉴스, 크리스티안 사이언스 모니터, 디스커버 지, 디스커버리 채널, 사이언티픽 어메리칸의 보도 내용이 링크되어 있다.

그의 주장에 따르면, 2003년에 독일의 한 다큐멘터리 제작사가 600명의 청중을 대상으로 일종의 ‘블라인드 테스트’를 실시했다고 한다. 스트라디바리우스와 네지바리의 회사에서 제작한 두 대의 악기로 실시한 이 블라인드 테스트의 결과, 600명의 청중 중에서 오직 57명만이 스트라디바리우스를 제대로 맞추었다고 전해진다. 이 정도면 두 악기의 성능이 거의 대동소이하다는 것이 네지바리의 주장이다. 한 인터뷰에서 그는 “안토니오 스트라디바리는 70, 80대에 그의 최고작품을 만들어냈다. 나는 이제 겨우 69세에 불과하다.”면서 화학연구를 통해 바이올린의 음색을 개선하는 일에 계속 정진하겠다는 뜻을 밝혔다.

아무튼 화학 연구를 통해 음악의 재창조에 기여할 수 있다면 그 역시 과학자로서는 보람된 연구가 아닐까 생각된다. 실제로 화학은 다양한 방식으로 음악과 악기 연주에 기여하는 과학이다. 또, 러시아 민족주의 작곡가 ‘5인조’ 중 한 사람이었던 보로딘은 원래 화학자였고, 일요일에 시간이 날 때마다 작곡을 했었다고 한다. 화학은 그 어떤 과학보다 음악과 밀접한 관계가 있는지도 모르겠다.

글 : 이식 박사(한국과학기술정보연구원 책임연구원)

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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어느 날, 솔로몬 왕 앞에 두 여자가 한 아기를 데리고 나왔다.
“임금님, 제가 이 아기의 진짜 어머니입니다.”
“아닙니다. 이 아기는 제가 낳은 진짜 제 자식입니다.”
“그렇다면 솔로몬 왕께서 누가 이 아기의 진짜 어머니인지를 재판해 주세요.”

그러자 솔로몬은 고민 끝에 두 여자에게 판결을 내렸다.
“나도 누가 진짜 어머니인지 모르겠으니, 이 아기를 둘로 갈라 두 여인에게 나누어 주는 게 낫겠소.”
이때, 한 여자가 울면서 애원하기를
“제발 그 아기를 살려 주세요. 차라리 그 아기를 저 여자에게 주십시오.”

솔로몬은 이 여인이 진짜 어머니라고 외쳤다. 성경을 잘 모르는 사람도 솔로몬 왕에 얽힌 이 지혜로운 일화는 한 번쯤 들어본 적이 있을 것이다. 모성애는 세상의 모든 어머니들에게 한결같은 본능이다.
이렇듯 자식을 향한 맹목적인 사랑의 힘은 어디서 나오는 것일까?

모성애에 관련된 기존의 이론은 옥시토신(oxytocin)이라는 호르몬에 대한 설명이었다. 1909년 발견된 옥시토신은 여자가 아이를 낳고, 포옹하고, 젖을 먹이는 일련의 행동과 직결된 호르몬이다. 아기를 낳을 때는 산모의 몸 안에서 농도가 급속히 올라가면서 진통을 자극하여 분만을 용이하도록 만든다. 또한 아기의 울음소리가 들리면 어머니의 몸에서 젖 분비를 촉진하는 옥시토신이 분비되기 시작하여 젖꼭지가 꼿꼿해지는 등 몸이 당장 젖을 먹일 준비를 한다. 동물들의 경우 옥시토신이 없는 동물들은 새끼 출산이 느리고 새끼를 덜 핥아 주었다는 연구결과가 있다.

과학향기링크최근 <생물정신과학지>에 발표된 노리우치 마도카 박사팀의 논문은 모성애의 비밀을 밝히는 연구에 중요한 실마리를 제공한다. 연구팀은 신체 건강한 어머니들에게 16개월가량 된 자신의 아이와 다른 아이들의 영상을 보여주었다. 그리고 기능성 자기영상공명장치(fMRI)를 통해 영상을 보는 어머니들의 뇌 활동 패턴을 조사했다. 그 결과, 어머니들이 자기 자식의 영상을 볼 때 다른 아이들의 영상을 볼 때보다 대뇌피질과 변연계의 특정 부분이 활발히 반응한다는 사실을 확인했다. 또한 어머니들은 아이들의 웃는 영상보다 우는 영상에 더 강한 반응을 보인다는 것을 밝혀냈다. 모성애란 어머니들이 가진 특화된 신체적 기능이라는 사실이 실험 결과에서 확인된 것이다.

이 실험은 그동안 확인 없이 널리 퍼져 있던 어머니와 자식 간의 상관관계에 관한 여러 가지 가설들을 실증해 나가는 실마리를 제공할 것으로 기대된다. 더 나아간다면 어린 아이들의 질병 발생과 어머니와의 관계를 밝히는 데에도 중요한 단서가 될 것으로 과학자들은 기대 중이다. 모성애란 결국 자식의 피드백과 상호 연관되어야 그 의미가 있기 때문이다.

설사 모성애가 온전히 자식과의 상호 작용 없이 부모의 반응일 뿐이라고 밝혀지는 날이 온다 해도 실망할 이유는 없다. 자식을 위하는 행위는, 그것이 지나치고 왜곡되어서 배타적으로 표현되지 않는 한 언제까지나 값진 것으로 남을 것이다. 사랑에 본능이 일조한다고 해서 사랑의 값어치가 떨어지지는 않듯이 말이다.

글 : 김창규 과학칼럼니스트

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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  1. 과연 진화?  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    인간이 진화했다는 가정을 기정사실화 하다 보니 이런 코메디같은 연구 결과가 나오는 것이지요.
    그것보다는 인간이 창조된 존재이며 창조주가 인간에게 자신의 성품인 "사랑" 특히 자녀를 향한 사랑을 디자인해 주셨다고 보는 것이 훨씬 자연스러운 추론인듯 합니다.
    색안경만 벗으면 똑똑하게 보일 것을 굳이 색안경을 쓰고 사물의 참된 색을 분간하고자 하는 노력이 안쓰럽습니다.

    2008.08.09 14:51

사용자 삽입 이미지
고개만 까딱해도 땀이 뚝뚝 떨어지는 뜨거운 태양 아래서 과학
탐정은 정신없이 사람 숫자를 세고 있다. 해운대 해수욕장에 피서객이 몇 명 왔는지 알아봐 달라는 의뢰를 받았기 때문이다. 그래서 과학 탐정은 해가 뜬 직후부터 이렇게 직접 해수욕장에 나와 들어오는 사람을 하나씩 세고 있는 중이다. 하지만 시간이 지나자 인파가 급속도로 몰리고, 만 명을 넘어서자 숫자도 자꾸만 헷갈린다. 햇볕 때문에 눈앞이 자꾸 흐리고 어지럽다. 이러다간 일사병으로 쓰러질 지경이다.

이대로는 안 되겠다는 생각에 그만두려는 찰라, 과학 탐정의 머리에 ‘반짝’하고 꾀가 떠올랐다.

“3.3㎡(1평)당 몇 명이 있는지를 세어 본 다음, 해수욕장 전체 면적을 곱하면 하나씩 세지 않아도 전체 인원수를 알 수 있어!”

과학 탐정은 신중을 기하기 위해 열심히 해수욕장을 돌아다니며 사람이 많이 모인 곳과 적게 모인 곳, 보통인 곳 등 여러 곳에서 3.3㎡당 몇 명의 사람이 들어가는지 세어 보았다. 많은 곳은 20명이 넘고, 적은 곳은 5~6명이었다. 대략 3.3㎡당 8명 정도가 자리를 차지하고 있었다.

“해운대 해수욕장 전체 면적이 58,400㎡이니까, 3.3으로 나눈 뒤 8을 곱해보자. 옳지! 지금 대략 14만 명이 있는 셈이로군. 좋았어. 이대로 알려주면 되겠군.”

임무를 빨리 완수한 과학 탐정은 고객에게 한걸음에 달려가 이 사실을 알려줬다. 하지만 고객은 고개를 저으며 냉담하게 말했다.

“탐정, 내가 원한 건 이게 아니라오. 지금 이 시간에 해수욕장에 14만 명이 있을지도 모르지만, 오늘 하루를 보자면 왔다가 가는 사람도 있고 온종일 있는 사람도 있으니 해수욕장을 찾은 전체 인원수로 보기는 어렵지 않겠소?”

과학탐정은 아차, 하고 무릎을 쳤다. 해수욕장에 있는 사람의 숫자가 계속 변한다는 지적을 인정하지 않을 수 없었다. 고객은 말을 이어갔다.

“게다가 당신은 해수욕장의 면적을 58,400㎡이라고 단정하는데 내가 보기엔 아니라오. 나는 바닷가에서 평생을 살아왔지. 밀물 때냐 썰물 때냐에 따라 백사장의 면적은 굉장히 달라진다오. 3.3㎡당 같은 숫자의 사람이 있다고 해도 백사장의 면적이 달라진다면 해수욕장에 있는 사람의 총 숫자도 달라질 수밖에 없겠지.”

과학탐정은 이 의뢰가 만만치 않다는 것을 깨달았다. 시간의 흐름에 따라 변하는 사람의 숫자도 고려해야 하고, 면적마저 바뀐다니 여간 까다로운 게 아니다. 고민하는 과학탐정에게 고객은 쐐기를 박았다.

“그리고 당신은 백사장에 있는 사람의 숫자만을 계산하지 않았소. 바닷물에 들어가 있는 사람의 숫자도 제법 될 것 같은데.”

과학향기링크탐정은 솔직하게 인정했다.

“너무 어렵군요. 당신이 원하는 건 탐정 1명이 조사할 수 있는 일이 아닌 것 같습니다. 해수욕장에 들어오는 사람들에게 전부 번호표를 붙이는 방법을 써보면 어떻습니까? 그게 제일 정확할 것 같습니다만.”

“흠, 그 수많은 사람들에게 번호표를 붙이는 일이 가능하겠소? 다른 방법은 없을지 알려주시오.”

두 사람 모두 열심히 머리를 굴리며 보았지만 뾰족한 방법이 생각나지 않았다. 탐정이 입을 열었다.

“지난 5월부터 계속된 촛불집회에서도 이와 비슷한 문제가 있었지요. 매번 집회마다 주최 측, 경찰, 언론사의 참가자 수 계산이 달랐기 때문이죠. 5월 30일에는 경찰 추산 5천 명 대 주최 측 추산 2만으로 4배, 6월 10일은 8만 대 70만으로 9배 가까이 차이가 났고, 7월 5일 집회도 5만 대 30만으로 상당한 차이를 보였습니다. 그때도 참가자 수를 어떻게 계산할 것인지를 두고 갑론을박이 벌어졌습니다.”

“나도 그 일을 알고 있어요. 경찰 측은 3.3㎡은 1평당 8명으로 계산했었죠. 하지만 이런 경찰의 촛불집회 참가 인원수 계산에도 마찬가지 문제가 있어요. 집회 참가자가 점유한 면적을 어디까지로 보느냐, 또 어떤 시간에 측정하느냐에 따라 엄청나게 인원수가 차이 나기 때문이지요. 경찰의 추산 방법으로는 집회 장소 인근의 골목 등에 있던 사람이나 왔다가 간 유동인구를 측정하지 못한다는 한계가 있습니다. 촛불집회는 밤에 이뤄지니까 육안으로 식별이 어렵다는 것도 측정을 어렵게 합니다. 부산에서는 작년부터 항공 촬영을 통해 시간대별, 구역별 인원 분포를 분석해 피서객을 계산한다고 하니 촛불집회 참가자 계산보다는 훨씬 정확하겠지요.”

과학탐정은 이제까지 ‘전국 피서객 500만’, ‘월드컵 응원 인파 100만’ 등의 숫자를 듣고도 어떻게 그 숫자가 나온 것인지 깊이 생각해보지 않았다. 이번 해수욕장 피서객 수 집계 의뢰를 받고서야 그 인원수 계산이 얼마나 어려운지를 알게 되었다. 면적이 변하는 부정형의 공간에서 시간의 흐름에 따라 들고 나는 개체의 숫자를 정확하게 계산할 수 있는 방법은 과연 없을까?

글 : 이소영 과학칼럼니스트

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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아빠, 하늘 오래 나는 종이비행기 하나 만들어 주세요.”
“종이비행기? 아니 갑자기 웬 종이비행기?” 퇴근해서 집에 들어오자마자 양과장의 바지를 잡고 말하는 현민이를 보고 놀란 양과장이 되물었다.
“친구들이 만든 종이비행기는 멀리 잘 날아가는데 내가 만든 종이비행기는 자꾸 땅에 헤딩만 해요.” 풀이 죽어 말하는 현민이에게 양과장은 평범한 종이비행기보다 좀 더 오래 날고 안정적으로 잘 날아가는 종이비행기를 만들어 주기로 마음먹었다.

저녁밥을 먹은 뒤 양과장은 현민이를 불렀다.
“현민아, 우리 아주 멀리 날아가는 종이비행기 한번 만들어 볼까?”
“네~ 아빠 빨리 만들어 주세요!”
“그래~ 우리 같이 만들어 보자.”
양과장과 함께 종이비행기를 만들던 현민이가 문득,
“그런데 아빠, 비행기는 어떻게 하늘을 나는 거에요?”라며 궁금해했다.
“아빠가 비행기가 나는 원리를 설명해 줄게. 비행기는 크게 4가지 힘으로 하늘을 난단다. 그것은 바로 추력, 항력, 양력, 중력인데, 이 4개의 힘은 각각 비행기의 앞, 뒤 그리고 위, 아래로 작용을 하지.”

“그럼 그 추력은 무엇을 말하는 거에요?”
“요 녀석 급하기는…. 우선 추력은 비행기에 달린 제트엔진이나 프로펠러 엔진을 통해 앞의 공기를 끌어당겨 뒤로 보내면서 비행기를 앞으로 나아가게 하는 힘을 말해. 그리고 항력은 이에 대한 반대의 힘으로 비행기가 앞으로 나아가지 못하게 하는 힘이지. 이를테면 공기의 저항이 바로 항력이라 말할 수 있어. 그리고 공기의 힘으로 비행기를 위로 떠올리는 힘을 양력이라 한다면 비행기를 지상으로 잡아당기는 힘을 중력이라고 한단다. 이 4가지 힘은 서로 주거니 받거니 하면서 비행기를 위로 올리기도 하고 내리기도 하고 앞으로 나아가게 만들기도 해.”

“아웅~ 이해가 잘 안 돼요. 좀 더 쉽게 설명해 주세요.”
“알았다. 그럼 예를 들어 설명해 줄게. 일단 비행기 앞의 프로펠러가 돌면서 공기를 밀어내면 비행기는 앞으로 나아가려는 추력이 생겨. 하지만 앞으로 나아갈 뿐이지 위로 뜰 수는 없단다. 이 추력 때문에 비행기 날개 주위로 공기의 흐름이 빨라지게 되는데, 이때 비행기의 날개에서 양력이 생겨 하늘로 뜰 수 있지. 이 양력은 베르누이 법칙에 의해서 비행기가 뜰 수 있는 힘을 얻게 되는 거고.”
과학향기링크“베르누이 법칙이요?”

“응. 베르누이 법칙이란 유체에 작용하는 압력이 유체가 빨리 흐르면 작아지고, 유체가 느리게 흐르면 그 압력이 커진다는 법칙이야. 비행기 날개에 이 법칙을 적용해 보면 어떻게 비행기가 뜰 수 있는지 알 수 있지. 현민아! 전에 우리가 공항에서 본 비행기 날개는 어떻게 생겼었는지 기억하니?”
“네~ 비행기 날개 윗면은 유선형의 둥근 모습이고 아랫면은 평평했어요.”
“그래, 잘 봤다. 추력으로 밀어낸 공기의 흐름이 이 날개를 지나면서 비행기가 하늘로 붕 뜨는 마술이 일어난단다. 그 이유는 날개 위로 올라 이동하는 공기는 속도가 빨라지고 아래로 지나가는 공기는 위의 공기보다 상대적으로 낮은 속도로 이동하기 때문이야. 이때 베르누이 법칙에 의해 날개 위의 압력은 낮아지고 아랫부분의 압력은 커져. 바로 이런 압력의 차이 때문에 날개가 위로 들려 올려지게 되고 비행기가 뜰 수 있게 되는 것이지.”

“정말 그런 공기의 힘으로 그렇게 무거운 비행기가 뜰 수 있는 거예요?”
“그럼~ 실제로 대형 비행기가 하늘을 날기 위해서는 추력과 날개의 양력 그리고 날개 끝 부분에서 위아래로 움직이는 플랩이라고 말하는 보조 날개 등이 복잡하게 작용해야 가능하지만 기본 원리는 앞서 말한 추력과 양력으로 나는 거라 볼 수 있단다.”
“와! 정말 신기해요. 그럼 아빠, 우리가 만든 종이비행기도 정말 잘 날 수 있겠죠?”
“공기의 흐름을 잘 제어할 수 있는 비행기를 만든다면 아주 멀리 잘 날 수 있을 거야.”
“빨리 만들어서 날려봐요. 어서요.”
“알았어. 이 녀석아 하하~”


[실험방법]
준비물 :
- 1번 비행기 : A4지 1장, 스카치테이프
- 2번 비행기 : 좀 두껍고 빳빳한 종이 2장(잡지 커버 정도 두께), 빨대 2개, 스카치테이프

[진행순서 - 1번 종이비행기]
1. 4A지 종이를 넓은 면을 위아래로 둔 다음 밑 부분을 약 3cm 정도로 접는다.
2. 3cm로 접은 부분을 다시 위로 접어 A4지의 중간 부분까지 갈 정도로 계속 접는다.
3. 접힌 방향을 위로 한 상태에서 원통이 되도록 종이 양 끝 부분을 스카치테이프로 붙인다.
4. 이렇게 제작된 종이비행기를 날린다.
(그냥 날리게 되면 잘 날아가지 않는다. 던질 때 비행기가 회전할 수 있도록 부드러운 손목 스냅으로 회전을 주면 안정적으로 날아간다. 던지는 요령이 필요하다.)

[진행순서 - 2번 종이비행기]
1. 두꺼운 종이를 길게 자른다.
- 한 장은 세로 7cm 가 되도록 자르고 한 장은 세로가 4cm 정도 되도록 자른다.
2. 이렇게 자른 종이를 각각 끝 부분을 붙여 2개의 원통이 되게 한다.
3. 원통의 윗부분과 아랫부분을 표시한 뒤 빨대를 이용해 두 개의 원통을 연결한다.
(이때 빨대의 위치가 정확하게 원통의 윗부분과 아랫부분(180도)에 연결 될 수 있도록 한다. 만약 빨대의 길이나 위치가 차이가 나면 종이비행기가 똑바로 날지 못하고 한쪽으로 휘게 된다. 이때 종이비행기 앞부분에 클립을 끼우면 좀 더 안정적인 비행이 가능하다.)
4. 이렇게 제작된 종이비행기를 날린다.


[실험 Tip]
- 기본 종이비행기의 경우 날개는 넓지만 날개가 움직이지 않도록 버텨주는 힘이 없기 때문에 공기의 양력을 유지하기 어렵다. 하지만 이렇게 제작된 종이비행기의 경우 비행기를 앞으로 날려 보내는 추력으로 인해 발생한 공기의 흐름을 원통 모양의 날개가 안정적으로 유지해 주기 때문에 양력을 유지하는데 유리하다.

글 : 양길식 과학칼럼리스트

사용자 삽입 이미지


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 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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  1. BlogIcon haRu  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    완성된 비행기의 사진이라도 있으면 보다 큰 이해가 될 듯 합니다. ^^ 종이비행기에 지대한 관심을 가진 1人

    2008.07.25 16:58
  2. 어느날문득  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    역시 완성된 비행기 사진에 매우 큰 관심을 가지고 있습니다. 사진을 올려주시면 훨씬 이해가 빠르고 도움이 클것 같습니다. 좋은걸 많이 가르치고 싶어하는 초등교사 1人

    2008.07.25 17:19
  3. Favicon of https://scentkisti.tistory.com BlogIcon 과학향기  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요 KISTI의 과학향기 입니다
    실험사진이 올렸습니다. ^_^

    2008.07.26 21:59 신고
  4. Favicon of http://wisekoo.com BlogIcon 물구나무  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    애기아빠로서 꼭 한번 만들어 봐야 겠습니다.
    좋은 정보 감사합니다.
    행복한 하루 되세요.

    2008.07.27 09:40

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