[실험]폴리우레탄의 변신! 우레탄 셰이크 만들기

지구 상에 존재하는 물질은 주변 환경에 영향을 받고, 이를 통해 변화가 일어나기도 한다. 이러한 물질의 변화에는 물리적인 영향으로 인한 ‘물리적 변화’와 화학적인 영향으로 인한 ‘화학적 변화’가 있다.

물리적 변화는 물질이 원자나 분자 조성의 변화 없이 고유의 성질을 유지하면서 그 상태만 변화하는 현상을 말한다. 물체의 운동, 증발, 응고 현상 등이 있다. 반면 화학적 변화는 물질이 그 자신 또는 다른 물질과 상호작용을 일으켜 본래의 성질과는 전혀 다른 새로운 물질로 변하는 현상을 말한다. 산성 용액과 염기성 용액이 반응해 물과 염이라는 새로운 물질을 만들어내는 중화 반응이나 물질이 빛과 열을 내면서 타는 연소 등이 그 예이다.

물질의 화학적 변화를 이용하면 재미있는 모형을 만들 수 있다. 폴리우레탄 용액으로 셰이크 모형을 만들어 보자.


[교과과정]
초등 5-1 용해와 용액
중 1 물질의 세 가지 상태
중 2 우리 주위의 화합물

[학습주제]
물리 변화와 화학 변화의 차이 알기
분해와 화합 이해하기
고분자화합물 개념 알기

<실험 방법 및 원리>  

폴리오레탄의 변신!


<실험동영상>



<실험 주의 사항>
* 폴리우레탄 P용액과 M용액은 온라인 과학사에서 구입할 수 있습니다.
* 폴리우레탄 P용액과 M용액을 1:1 비율로 넣을 때 실험이 가장 잘 됩니다.
* 스포이트 사용 시 P용액과 M용액에 각각 다른 스포이트를 이용하세요.
* 두 용액이 반응하는 동안 컵을 들고 장난치지 마세요.
* 반응이 일어나면 표면이 완전히 굳을 때까지 만지지 마세요.
* 실험에 사용한 용액을 절대 마시거나 입에 대지 마세요.

▪ 폴리우레탄이 부풀어 오르는 원리
실험에 사용된 폴리우레탄은 열경화성 플라스틱의 하나로, 일종의 고분자 화합물이다. 고분자 화합물은 분자량이 대략 1만 이상인 화합물을 말하며 고중합체(高重合體)라고도 한다. 고분자 화합물은 우리 주변에서 흔히 접할 수 있다. 녹말, 섬유소, 단백질, 고무 등 천연으로 존재하는 이런 물질들도 일종의 고분자 화합물이다. 이외에도 합성 고무, 나일론·테트론 등의 합성 섬유, 베이클라이트·폴리염화비닐(PVC)·폴리에틸렌·스티로폼 등의 합성수지를 포함하는 인공물질도 대표적인 고분자 화합물이다.

실험에서 폴리우레탄폼 P용액과 폴리우레탄폼 M용액을 섞고 잠시 기다리면 컵 속의 용액이 점점 부풀어 올라 컵 밖으로 넘치는 것을 볼 수 있다. 이는 두 용액이 섞이면서 이산화탄소가 발생하기 때문으로 거품과 함께 원래 부피의 20~100배까지 커진다. 용액이 컵 밖으로 넘쳐흐르지 않을까 걱정할 필요는 없다. 점성이 있는 용액은 흘러내리기 전에 굳기 시작해 반응이 끝난 뒤 단단해진다.

단단해지기 전에 장식물을 끼워야 하기 때문에 두 용액을 섞은 뒤 거품이 컵의 절반가량 부풀어 올랐을 때 빨대를 끼운다. 너무 늦게 끼울 경우 용액이 딱딱하게 굳어서 들어가지 않을 수 있으니 주의해야 한다. 색깔이 있는 모형을 만들고 싶다면 두 용액을 섞은 뒤 색소를 몇 방울 넣고 저어주면 된다.

반응이 일어나는 동안 컵 주변에 손을 가져가 보면(반응 중인 용액에는 절대 손을 대지 말 것!) 따뜻함을 느낄 수 있다. 이는 두 용액의 반응이 열을 발생하는 발열 반응이기 때문이다.

▪ 우레탄폼이 쓰이는 다양한 예
반응이 완전히 끝난 뒤 표면을 살짝 만져보면 딱딱한 것을 알 수 있다. 이는 폴리우레탄 폼 중에서도 단단하고 굳은 성질을 갖는 경질 폴리우레탄 폼으로 단열성, 경량성, 완충성이 뛰어나 단열재나 방음재로 사용된다.

경질 폴리우레탄 폼은 열전도율이 매우 낮아 현재 단열재의 80% 이상을 차지하고 있는 재료다. 섭씨 150도의 고온영역에서부터 인공위성 발사 로켓의 연료 탱크(섭씨 영하 230도)의 극저온 영역까지 광범위하게 쓰이는 유일한 단열재이기도 하다.

반면 폴리우레탄 폼 중 말랑말랑한 성질을 가진 연질 폴리우레탄 폼은 쿠션성과 통기성이 뛰어나 운송, 가구 등의 포장재, 자동차 내부(쿠션, 바닥의 매트 등), 의류, 신발 등에 주로 사용된다.

폴리우레탄 폼은 이런 특징 때문에 생활 속 다양한 분야에서 사용되고 있다. 액체 상태의 용액을 뿌리면 시간이 지나면서 부풀어 오르기 때문에 좁은 틈새를 채울 때 유용하게 사용된다. 또한 반응이 일어나면서 생성되는 거품(기포)은 열의 이동과 소음을 막고 충격 흡수에 효과적이어서 건축 재료로 많이 이용되고 있다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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[만화] 곤충이 미래의 식량?!

오랜만에 횟집에서 외식을 하는 태연 가족. 싱싱한 회가 한 접시 가득 상에 올라왔는데도 태연은 눈길 한 번 주지 않는다. 회 대신 태연이 허겁지겁 먹고 있는, 아니 흡입하고 있는 것은 다름 아닌 번데기 볶음! 도대체 얼마나 먹어치웠는지 빈 접시가 상 한쪽에 가득하다.

“이모, 여기 번데기 볶음 추가….”

추가 주문을 하려는 태연의 입을 아빠가 틀어막는다.

“제발 그만!! 딸아, 여기는 횟집이지 번데기집이 아니라고! 너는 도대체 왜 이리로 친환경적이며 미래적 인간이란 말이냐.”

“홍홍. 뭔지는 몰라도 엄청 좋은 얘기로 들려요~. 제가 쫌 미래 지향적이고 세련된 미모이긴 해요. 근데 번데기 먹다가 웬 폭풍 칭찬이실까?”

“곤충을 먹는 게 미래 트렌드가 될 테니, 너야말로 진정 앞서 가는 인류라 할 만하다는 거지. 작년에는 유엔식량농업기구(FAO)가 곤충을 미래의 식량난 해결 대안으로 꼽았고, 미국 뉴욕에선 쇠고기 패티 대신 커다란 귀뚜라미를 넣은 귀뚜라미 버거가 큰 인기를 끌고 있단다.

“예에? 미래 식량이라고요? 벌레는 아프리카 원주민이나 SBS ‘정글의 법칙’에 나오는 병만족만 잡아먹는 줄 알았는데, 완전 신기해요. 하긴, 우리도 번데기를 먹긴 하지만. 그런데 과연 사람들이 곤충을 먹으려고 할까요? 저야 뭐 맛만 좋으면 못 먹는 게 없지만 제 친구들은 모기만 봐도 ‘꺄약~’ 하고 도망가거든요. 게다가 그 쪼끄만 곤충을 먹고 배가 부를지도 의문이에요. 저 지금 번데기 12접시를 먹었는데 간에 기별도 안 간단 말이에요.”

“태연아, 네 위랑 다른 사람들의 위는 근본적으로 사이즈가 많이 달라요. 그리고 곤충은 작기는 하지만, 번식력이 엄청나게 좋은데다 성장도 빨라서 식량으로 충분한 역할을 할 수 있단다. 예를 들어, 아프리카 큰 메뚜기는 성충 한 마리가 한 번에 약 1,000개의 알을 낳고 하루에 몸 크기를 두 배나 키울 수 있지. 또 네가 지금 먹은 번데기의 전 단계인 누에는 태어난 지 20일 만에 몸무게가 1,000배나 늘어날 만큼 빨리 자란단다. 더구나 대량 생산도 쉽고 세대가 짧아서 여러 번 사육하는 것도 가능해요.”

“와, 대박! 그런데 징그러운 건 어떡해요? 영화 설국열차에도 바퀴벌레로 만든 에너지 바가 나오잖아요. 사람들이 그거 보면서 막 우웩우웩 하더라고요. 난 먹어보고 싶던데…, 짭짭~.”

“그거야 뭐, 갈아서 다른 재료랑 섞어 먹거나 하면 되지 않을까?”

“하긴 그러네요. 그런데 또 질문! 소고기, 돼지고기, 닭고기, 말고기 등등 맛난 고기들이 세상에 널렸는데 왜 굳이 곤충을 먹어야 해요? 곤충이 특별히 맛있나?”

“물론 아빠는 맛있어. 어릴 때 논에서 메뚜기 잡아다가 엄마가 프라이팬에 살살 볶아주면 그게 어찌나 고소하고 맛있던지, 꿀꺽~ 얘기하니까 또 군침 흐른다. 하지만 곤충을 미래 식량으로 제안한 건 맛 때문이 아니라 식량난 때문이야. 지금 같은 추세로 인구가 계속 증가한다면 2050년 세계 인구는 현재의 70억 명을 넘어 90억 명이나 될 것으로 예상된단다. 지금도 전체 인류의 6분의 1이 굶주리고 있는데 20억 명이나 늘어나면 훨씬 상황이 심각해지겠지? 그렇다고 경작지를 넓힐 수 있는 것도 아니고, 설사 넓힐 수 있다 해도 고품질의 동물성 단백질을 구할 방법은 막막하거든. 이런 문제를 해결하기 위해 곤충을 길러 먹자고 제안한 거란다.”

“곤충이 그렇게 영양성분이 좋아요?”

단백질과 몸에 좋은 지방이 풍부하고 칼슘, 철, 아연 등 무기질 함량도 높은데다, 같은 먹이를 단백질로 전환하는 효율성 역시 뛰어나단다. 동남아시아에서 많이 먹는 귀뚜라미는 단백질 전환 효율이 소의 12배, 양의 4배, 돼지와 닭의 2배나 되지. 이 정도면 왜 곤충이 중요한 식량인지 알겠지?”

“와, 제가 번데기를 많이 먹어서 이렇게 쑥쑥 잘 자라는 거였군요! 참, 그런데 아까 저보고 친환경적이라고 하셨잖아요. 그건 또 무슨 얘기예요?”

“그건 소보다 곤충을 키우는 게 훨씬 친환경적이기 때문에 한 말이야. 너 혹시 지구 온난화의 주범 중에 하나가 소의 방귀와 트림이라는 얘기 들어봤니? 소를 비롯한 반추 동물(되새김질하는 동물)은 일 년에 보통 47kg의 메탄가스를 배출해. 다시 말해, 한우 4.2마리가 자동차 1대와 맞먹는 온실가스를 배출한다는 얘기지. 실제로 지구 온난화 요인의 18%가 소 사육 때문이라는 연구 결과도 있단다. 그런데 곤충은 메탄가스 문제도 없고 소처럼 넓은 사육 공간이 필요하지도 않으니 곤충으로 소를 대체 하는 게 훨씬 친환경적이라는 얘기지.

“소가 맛은 참 좋은데, 방귀가 문제였군요. 아빠는 반추 동물이 아니지만 방귀 냄새만 놓고 보면 소 백 마리 못지않아요. 오만 년 삭힌 홍어 냄새가 난다니깐요. 그 신기하고 오묘한 원리는 누가 연구 안 해주나?”

“헐~ 너도 만만치 않거든!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[만화]사람도 겨울잠 잘 수 있다?!

겨울방학이 되면 태연이 꼭 지키고야마는 철칙이 셋 있다. 첫째, 집 안에서는 절대 걷지 않고 누운 채로 굴러다닌다. 둘째, 하루 24시간 가운데 12시간은 침대에서 나머지 12시간은 소파에 붙어서 산다. 셋째, 하루 다섯 끼니는 반드시 챙겨먹는다! 게으름의 극치를 보여주는 태연의 생활태도에 질린 아빠, 더 이상 참지 못하고 고함을 지른다.

“언제까지 그렇게 게으르고 태만하고 나태한 삶을 영위할 것이야! 오늘부터 아침 6시에 기상해서 3시간 운동하고 하루 8시간 공부, 밥은 세 끼만 먹도록 해!”

“예에? 방학생활을 그렇게 하는 어린이가 세상에 어디 있어요! 그렇게 사느니 차라리 곰처럼 방학 내내 겨울잠이나 자 버리겠어욧!!”

“너 말 잘했다. 이제 사람도 겨울잠을 잘 수 있는 시대가 온다니까 한번 그래보자. 나도 게으름 덩어리 딸을 보느니 차라리 겨울잠 자는 딸을 볼란다.”

“아빠는 농담도 참 귀엽게 하셔.”

사람을 포함한 포유류의 겨울잠 능력은 원시시대부터 갖고 있었던 거야. 먹이가 없는 길고 추운 겨울을 이겨내기 위해 대사활동을 극도로 줄인 다음 겨울잠을 잤던 거지. 지금은 유전자에 흔적으로만 남아있지만 말야.”

“음… 아빠 말씀을 듣고 보니 옛날 옛적 호랑이 담배피던 시절에는 사람도 겨울잠을 잤을 수도 있었겠네요. 물론 지금은 불가능하지만.”

“얘가 과학자 말을 못 믿네. 유럽우주기구(ESA)도 사람 몸 안에 아직까지 겨울잠 회로가 남아있다고 발표했어요. 단지 겨울잠을 시작하는 단계의 유전자 발현만 억제된 상태라고 말이야. 이건 다시 말해서, 유전자를 발현시킬 수 있는 물질을 대량으로 주입하면 방아쇠가 빵 당겨지듯이 겨울잠에 들 수 있다는 얘기야. 또 미국 오리건보건과학대 도메니코 투폰 교수는 쥐에 특정 물질을 주입해서 겨울잠 회로를 켜는 실험에 성공하기도 했지.”

“와~ 대박! 아빠 거짓말 진짜 잘한다. 이제 없는 사람 이름까지 막 만들어요.”

“진짜야. 너도 알겠지만 쥐는 원래 겨울잠을 자지 않아요. 그런데 연구팀이 쥐에 아데노신이라는 물질을 투입하자 체온과 물질대사, 심장박동, 호흡 수치가 급격히 낮아지고 주요 대사물질이 탄수화물에서 지질로 바뀌었단다. 겨울잠에 빠질 때와 똑같은 변화가 일어나는 것이지. 2013년 9월 ‘뉴로사이언스’지에 발표된 진짜 논문 내용이야. 또 연세대학교 생명과학기술학부 최인호 교수 연구팀도 T1AM이라는 물질을 쥐에게 주입하면 겨울잠에 빠진다는 연구결과 발표한 적이 있어요.”

“덜덜덜…. 진짜인가보다. 말 안 듣고 시끄러운 어린이들 이제 다 끝장났어요.”

“헤헤, 당연하지! 자, 어떤 형태의 겨울잠을 재워줄까? 변온동물인 개구리형? 날이 추워지면 간에 저장돼 있던 녹말이 포도당으로 분해되면서 혈당이 평소보다 백배 이상 증가하고, 이 고농도 포도당이 영하의 날씨에도 얼지 않는 부동액 형태의 체액을 만들어 겨울잠을 잘 수 있게 해. 이때 개구리의 심장은 멈추고 반(半)뇌사상태에 빠진단다. 어때 맘에 드니?”

“시, 심장이 머, 멈춘다고요??”

“좀 무섭나? 그럼 박쥐나 다람쥐 같은 소형 정온동물 형태는 어떠냐. 얘들은 체온을 천천히 섭씨 3도 이하로 낮춰서 혈액을 과냉각(상(相)변화 이하의 온도까지 떨어져도 액체가 얼지 않는 현상) 상태로 만들지. 불곰이나 흑곰 같은 대형 정온동물도 방법은 비슷한데, 체온을 30도 이하로 떨어뜨리면서 심장은 1분에 9회 이하만 뛰도록 만들어요. 당연히 에너지 대사율도 극도로 낮추고 말이야.”

“악! 생각만 해도 너무 춥고 무서워요. 특히나 겨우내 아무것도 먹을 수 없다는 건 정말이지 참을 수 없다고요!”

“물론, 말 안 듣는 어린이를 위해 과학자들이 겨울잠 자는 방법을 연구하는 건 아냐. 장거리 우주여행, 저체온 수술과 장기 이식, 다이어트, 수명 연장 등 여러 분야에서 유용하게 활용할 수 있기 때문에 연구하고 있단다. 우주여행을 예로 들어볼게. 사람이 우주의 무중력 상태에 오래 있게 되면 근육위축과 골다공증을 겪게 돼. 실제로 우주정거장에 56일간 체류한 우주인의 무릎 근력은 이전보다 20% 감소하고, 175일 동안 체류한 사람의 대퇴부 근력은 25~42%나 줄어든다는 조사가 있어. 그런데 장거리 우주여행자에게 겨울잠을 자게하면 이런 문제를 해결할 수 있단다.”

“어떻게요?”

“겨울잠을 자는 동물들은 ‘각성’을 통해 근육과 뼈를 보호하거든. 각성은 겨울잠을 자는 동물이 5~10일에 한 번씩 주기적으로 깨서 체온을 올리는 현상을 말하는데, 이때 근육조직을 보호해주는 열충격단백질(HSP)이 평소보다 50% 이상 늘어난단다. 뼈와 근육은 오랜 시간 움직이지 않으면 쇠퇴하기 마련인데도, 겨울잠에서 깨어난 동물들은 금세 멀쩡해져서 잘 움직이지 않던? 그게 다 각성 덕분이란다. 마찬가지로 장거리 우주여행자에게 겨울잠을 자게 하면 중간 중간 각성이 돼 근육과 뼈 건강을 지킬 수 있게 되는 것이지.”

“겨울잠이 건강에 도움이 될 줄은 상상도 못했어요!”

“또 겨울잠을 자는 동안은 면역력이 떨어지기 때문에 바이러스와 병원균이 침투하기 쉽지만, 체온이 너무 낮아서 질병으로 발전하는 것 역시 힘들단다. 그러다 각성 상태가 되면 체온이 오르면서 급격히 면역체계가 가동되고 바이러스와 병원균도 한꺼번에 물리치지. 우주여행자가 질병으로부터 자유로워질 방법 역시 겨울잠이라는 얘기가 돼.”

“잠시만요~ 태연이 아데노신과 T1AM 급히 찾아 오실게요!”

“뭔 불곰 겨울잠 깨는 소리냐?”

“저 이제 효녀 태연으로 거듭나볼게요. 찬바람 불기 시작하면 다리가 쑤신다, 어깨가 결린다, 감기가 한 달 씩 간다 하시며 눈물짓는 아빠를 보면서 꼭 효도를 해드리자 다짐하고 또 다짐했건만, 소녀 여태껏 방법을 찾지 못하였사와요. 그러나 이제 겨울잠 보신방법을 알아냈으니 곧바로 실천에 옮겨볼게요~.”

“요것아, 아빠를 겨울잠 재워놓고 방학 내내 게으름의 극치를 달려볼 생각이란 걸 내가 모를 줄 알고? 고렇게는 못하지!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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    ㄱㄴㄱㄹ

    2014.12.17 20:32
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    ㄱㄴㄱㄹ

    2014.12.17 20:32

정전기를 막아라! 정전기 방지제 만들기

무심코 스친 손이 찌릿하다. 니트를 벗기 위해 위로 들어 올리자 머리카락이 마구잡이로 뻗쳐오른다. 겨울철 불청객, 정전기다.

정전기는 마찰에 의해 잘 생긴다. 물체 표면의 전자를 쉽게 주고받을 수 있기 때문이다. 마찰로 인해 전기가 생길 때도 규칙은 있다. 두 물체를 마찰하면, 상대적으로 전자를 쉽게 잃고 양전기를 띠는 물체와 전자를 쉽게 얻어 음전기를 띠는 물체로 나뉜다. 예를 들면 털가죽 등 모피 종류는 전자를 쉽게 잃고, 플라스틱 종류는 전자를 쉽게 얻는다. 이를 순서대로 나열한 것을 ‘대전열’이라 하며 대표적인 대전열 순서는 다음과 같다.

(+) 털가죽-상아-유리-명주-나무-고무-플라스틱-에보나이트 (-)

정전기의 특성과 대전열 순서를 이용하면 정전기를 인위적으로 만들 수 있다. 그렇다면 정전기를 인위적으로 없앨 수도 있을까? 간단한 재료로 정전기 방지제를 만들어 보자.


[교과과정]
초등 3-1 날씨와 우리생활
초등 5-1 전기회로
중 1 정전기

[학습주제]
날씨와 정전기의 연관성 알아보기
정전기의 성질 이해하기
정전기를 방지할 수 있는 방법 찾아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험동영상>
<


<실험 참고 사항>
* 에탄올은 약국에서 구입할 수 있습니다.
* EM 용액을 넣은 후 유화 현상으로 뿌옇게 흐려질 수 있습니다.
* 실험은 차고 건조한 날일수록 잘 됩니다.
* 아로마 오일은 취향에 맞게 골라서 사용하세요.


풍선을 니트 스웨터나 목도리에 문지른 후 머리 근처로 가져가면 머리카락이 풍선 쪽으로 들러붙는다. 이는 풍선과 털로 된 옷감 사이에 마찰전기가 생겼기 때문이다. 이때 대전열 순서를 보면 털로 된 옷감이 고무로 된 풍선보다 왼쪽에 위치한다. 즉 털로 된 옷감의 전자들이 풍선 표면으로 이동하면서 전기가 발생한다. 일단 전자가 이동하면 그 상태가 흐트러지지 않기 때문에, 마찰전기는 정지해 있는 전기인 정전기의 일종이라고 볼 수 있다.

이제 첫 번째 실험을 먼저 살펴보자. 털목도리에 문지른 풍선을 플라스틱 용기에 가까이 가져가면 용기 속에 있던 내용물, 잘게 자른 셀로판지 조각과 스티로폼 구슬이 풍선 쪽을 향해 솟아오른다. 풍선 표면에 마찰전기(정전기)가 발생했기 때문이다.

두 번째 실험에서는 목도리나 풍선에 정전기 방지제를 뿌리고 동일한 과정을 반복했다. 목도리에 잔뜩 마찰시킨 풍선을 플라스틱 용기 위에 가져다 댔지만 용기 속 내용물은 움직이지 않는다. 풍선에 잔뜩 붙어있는 전자에 약산성을 띠는 EM 용액을 뿌리면 전자에 방출되는 H⁺가 공급돼 전기적으로 중성을 띠게 된다. 때문에 플라스틱 용기 속 내용물은 떠오르지 않는다.

정전기 방지제에 사용된 EM(Effective Microorganism) 용액은 효모균, 유산균, 광합성 세균 등 자연계에 존재하는 많은 미생물을 수집해 조합․배양한 용액이다. 1982년 일본 류큐 대학의 히가테루오 교수가 개발했으며 1986년부터 국제적으로 보급되기 시작했다. EM 원액을 발효시키면 그 생성물에 항산화력이 생기는데, 그 활용도가 높다. 미생물 원액과 같은 효과를 내는 EM 용액을 이용하면 친환경 세제를 만들 수도 있다.

정전기는 일상생활에서 조금만 주의를 기울이면 쉽게 예방할 수 있다. 가장 쉬운 방법으로는 정전기가 좋아하는 건조한 환경을 피하면 된다. 실내에서는 가습기를 틀거나 젖은 빨래를 널어놓아 적절한 습도를 유지해 주고, 빨래를 할 때는 섬유유연제를 사용하는 것이 도움이 된다. 또 머리를 말릴 때 드라이기를 사용하거나 수건으로 비벼 말리기보다는 자연 건조시키는 것이 좋다. 손이 건조한 상태에서 어떤 물체와 접촉해야 한다면, 동전과 같은 금속성 물체로 먼저 톡톡 건드려 전자가 빠져나가도록 한 후 잡는다.

또 정전기는 마찰로 인해 잘 생기기 때문에, 대전열 순서를 기억하고 있다가 이용하면 정전기 발생을 줄일 수 있다. 어떤 제품을 이용할 때 전자를 쉽게 얻는 소재보다는 전자를 쉽게 잃는 소재를 사용하는 것이다. 예를 들어 머리를 빗을 때는 플라스틱 소재보다는 고무나 나무로 된 빗을 사용하고, 나일론이나 아크릴, 폴리에스테르와 같은 합성섬유보다는 털가죽이나 명주, 실크, 면 등의 천연섬유로 된 옷을 입는 것이다.

천연섬유는 합성섬유에 비해 물과 친화성이 좋다. 특히 실크 분자구조는 친수기라고 불리는, 물과 결합하기 쉬운 원자단을 가지고 있어 흡수 능력이 면보다 1.3~1.5배 뛰어나다. 옷을 보관할 때는 정전기가 잘 생기는 합성섬유 옷 사이사이에 정전기가 잘 안 생기는 천연섬유를 보관하고, 모직코트는 비닐 커버보다 면 커버를 씌워놓는 것이 좋다.

플라스틱 빗을 사용할 경우는 물을 살짝 묻혀 사용해도 정전기를 방지할 수 있다. 수증기는 전기친화성을 갖고 있어 주변의 전하를 띠는 입자들을 전기적 중성 상태로 만들어 버리기 때문이다. 이렇듯 정전기의 원리를 알고 미리 대처하면 올 겨울, 깜짝 놀랄 일을 줄일 수 있을 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

 

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  1. Favicon of https://woojigy.tistory.com BlogIcon 우지기  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    좋은 정보 잘 봤습니다.^^

    2013.12.01 09:41 신고

계절이 바뀌면 사람도 변한다

휘잉~ 찬바람에 길바닥 가득 쌓였던 낙엽이 덩어리로 뭉쳐 굴러간다. 찬바람은 자꾸만 불고, 낙엽이 쓸려간 자리에 딱 그만큼의 낙엽이 다시 쌓인다. 바야흐로 가을, 아니 초겨울이 시작된 것이다. 태연, 창가를 지나가다 낙엽을 보며 눈물을 글썽이고 있는 아빠를 발견하고는 깜짝 놀란다. 아빠의 손에 뭔가 수상쩍은 검정 뭉치가 들려있다.

“아빠, 울어요? 왜? 어디 아파요?”

“아프다… 마음이….”

“누가 욕했어요? 엄마가 뚱뚱하다고 구박했어요?”

아빠가 손에 들려있던 불길한 뭉치를 태연에게 보여준다. 머리카락 뭉치다. 태연은 아빠의 유난히 허전해진 정수리와 머리카락 뭉치를 번갈아 보고는 그제야 아빠의 눈물을 이해한다.

가을이 아빠의 머리카락을 훔쳐간 거구나. 계절은 왜 자꾸 바뀌어가지고 울 아빠를 슬프게 하는 걸까. 나쁜 계절!”

“그렇다고 계절이 바뀌지 말라고는 할 수 없잖냐. 1년 주기로 지구가 태양을 공전하는 걸 말릴 수도 없고, 삐딱하게 기울어진 자전축을 똑바로 세울 수도 없으니 말이다.”

“예에? 계절이 지구의 공전 땜에 생긴다고요? 헐, 대박! 난생 처음 듣는 얘기에요!”

“태연아, 틀림없이 교과서에 나오는 걸로 아는데 그걸 난생 처음 듣는다니, 나도 많~이 당황스럽구나. 지구가 자전축을 기준으로 약 23.5도 삐딱하게 기울어서 태양 주위를 공전하기 때문에 지구까지 오는 태양빛의 양이 매일 조금씩 달라지고, 그래서 계절이 생겨나는 거란다. 또 바다와 육지의 분포, 해류, 해발고도 등에 따라서도 약간의 차이가 생기지.”

“가만가만 기억을 떠올려보니, 배운 것 같기도 하고 아닌 거 같기도 해요. 그런데 아빠, 계절이 바뀌면 낙엽만 떨어져야지 아빠 머리카락은 왜 자꾸 빠지는 거예요? 날도 추워지는데 정수리가 그렇게 허전하면 머리까지 나빠지는 거 아닐까요?”

결국 아빠는 태연의 머리를 꽁 쥐어박는다.

“우리 태연이는 공부는 못해도 염장은 참 잘 질러 그치? 계절이 여름에서 가을, 겨울로 넘어가면 우리 인체도 많은 변화를 겪는단다. 머리카락의 경우, 봄과 여름에는 활발히 자라다가 가을, 겨울에는 잘 성장하지 않는 휴지기를 겪는데 이때 체내의 남성호르몬이 탈모호르몬으로 바뀌게 되면서 머리를 감을 때마다 추풍낙엽같이 머리카락이 떨어지는 서글픈 현상이 나타나지. 흑흑흑….”

“아빠, 그만 울어요. 뚝!”

“또, 따듯한 곳에 적응했던 몸이 찬바람을 맞으면 바이러스에 취약해지면서 감기에도 잘 걸려요. 습도가 낮아지기 때문에 면역계가 제대로 활동하지 못해 온갖 감염병에 걸리기도 쉽고, 특히나 예민한 걸로 따지면 둘째가라면 서러운 눈은 안구건조증과 함께 충혈, 따가움, 각막염 등이 오기 쉽지. 가을만 되면 머리가 당기듯 아프다는 사람들이 있는데, 안구건조증이 원인인 경우도 많으니까 두통약만 먹지 말고 안과에 가보는 것도 좋은 방법이란다. 뿐만 아니라 추위 때문에 근육과 혈관이 수축되면서 심혈관질환은 물론 어깨, 허리, 무릎, 발목 등에 문제가 생길 가능성이 높아지고, 심지어는 얼굴 근육이 수축되면서 인상까지 찡그린 형태로 바뀌기 쉬워요.

“안 좋은 게 뭐 이렇게 많아요?”

“아냐, 좋은 것도 있어. 날씨가 추워지면 살이 빠지거든.”

“아빠, 지금 저 무식하다고 놀리시는 거예요? 가을이 천고마비(天高馬肥), 즉 하늘은 높고 말은 살찌는 계절이라는 것쯤은 저도 안다고요. 설마 말만 살이 찌고 사람은 빠진다는 얘길 하시는 건 아니겠죠?”

“어허, 아빠가 명색이 과학잔데 거짓말을 하겠냐? 날씨가 추워지면 인체는 심장박동이나 소화 같은 기본적인 생명유지에 보다 많은 에너지를 쓰게 돼 있어. 다시 말해 기초대사량이 높아진다는 거지. 가만히 있어도 더 많은 에너지를 쓰니까 ‘같은 조건’이라면 살이 빠질 수밖에 없어요. 보통 가을, 겨울엔 여름보다 10% 정도 기초대사량이 높아진단다. 지난 2011년 서울대학교 교수팀이 비만인 20대 10명을 대상으로 실험한 결과 추위에 자주 노출이 되면 체지방이 감소한다는 연구결과를 발표한 적도 있어요.”

“그래도 이상해요. 대부분 겨울이 되면 살이 찌던데요? 나도, 아빠도, 엄마도. 기초대사량이 높아지는데 왜 살이 찌는 거예요?”

“아빠가 ‘같은 조건’에서 살이 빠진다고 했잖니. 여름하고 똑같이 움직이고 똑같이 먹으면 살이 빠지지만, 보통의 경우 날이 추워지면 실내에서 꼼짝도 하지 않는 경우가 많고 떨어진 체온을 유지하기 위해 기름지고 달달한 음식이 당기기 마련이거든. 그러니 더 살이 찌는 거지.

“아~ 그래서 아빠의 배가 찬바람만 불면 임신 6개월 배에서 8개월 배로 급격히 커지는 거구나. 근데 아빠, 남자들은 정말 가을을 타요? 첫사랑이 막 생각나고? 아빠도 그래요?”

“그건 맞아. 남자든 여자든 가을을 탈 수밖에 없어. 일조량이 감소하면 행복 호르몬으로 알려진 세로토닌의 분비는 감소하고 숙면을 유도하는 멜라토닌 분비는 증가하거든. 이럴 때 개인적으로 안 좋은 일이 생기면 ‘계절성 우울증’이 오기 쉽단다. 만사에 흥미가 떨어지고 예민해지는 건 보통의 우울증과 같지만, 과다수면을 취한다는 점에서 좀 다르지. 흔히 계절성 우울증은 일시적으로 나타났다 사라진다고 생각하기 쉽지만, 우울증은 워낙에 잘 재발하는 병이라서 자칫 심각한 정신질환으로 발전할 수 있으니까 조심해야 해. 그리고 첫사랑은…. 음, 생각이 안 난다고 할 수는 없지.”

“아빠 첫사랑은 누구에요? 지난번에 취해서 부르던 그 가영씨 맞아요?”

“가영씨? 처음 듣는 이름인데? 아빠 첫사랑은 추현숙이야. 가을 추(秋), 추현숙. 그래서 가을이면 더 생각나….”

“아싸, 낚였다. 엄마! 아빠 첫사랑이 추현숙이래에에~~!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

 

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[실험]사라지는 잉크의 비밀!

크기와 재질이 같은 종이 조각 두 장이 있다. 하나는 빨간색, 다른 하나는 파란색이다. 두 종이 위에 비눗물을 떨어뜨리자, 빨간색 종이가 파랗게 변했다. 하지만 파란색 종이는 색 변화가 없었다.

이번에는 두 종이 위에 오렌지주스를 한 방울 떨어뜨렸다. 그러자 파란색 종이가 빨갛게 변했다. 하지만 빨간색 종이는 색 변화가 없었다. 이 종이의 정체는 무엇일까.

바로 산․염기를 구분하는 대표적인 지시약, 리트머스 종이다. 지시약이란 화학 반응이 일어날 때 특정한 상태를 판별하는데 사용하는 시약을 말한다. 물질의 산성도를 알려 주는 산염기지시약부터 물질의 산화형과 환원형의 색깔이 다른 점을 이용하는 산화환원지시약, 침전에 흡착될 때 색깔이 변하는 흡착지시약까지, 그 종류는 다양하다.

지시약의 특정 성질을 이용하면 신기한 현상을 관찰할 수 있는데, 이를 테면 잉크가 순식간에 사라지는 마술 같은 상황도 만들 수 있다.


[교과과정]
초등 3-1 우리 생활과 물질
초등 5-2 용해와 용액
초등 6-1 산과 염기

[학습주제]
산과 염기의 성질 알아보기
용액의 성질 이해하기
중화반응의 예 찾아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험동영상>



* 실험 참고사항 :
• 수산화나트륨은 과학사에서 구입할 수 있습니다.
• 에탄올은 약국에서 구입할 수 있습니다.

*실험 주의사항
※수산화나트륨 용액은 단백질을 녹이는 성질이 있으니 피부에 묻지 않도록 주의하세요.
※에탄올을 사용할 때는 화기에 주의하세요.
※혼합용액을 뿌릴 때는 최대한 팔을 멀리 떨어뜨리고, 절대 사람을 향해 뿌리지 마세요.
※실험이 끝난 뒤 용액은 반드시 폐수 용기에 담아 처리해 주세요.


에탄올 + 티몰프탈레인 + 수산화나트륨 혼합 용액을 흰 천에 분사하자 잉크가 순식간에 사라진다. 분명 분무기 통 안에는 푸른색 액체가 가득한데, 분사하기만 하면 눈에 보이지 않는다. 이 마술 같은 상황은 과학의 원리를 십분 활용한 결과다.

이 실험에는 티몰프탈레인(C28H30O4)이라는 지시약이 사용됐다. 티몰프탈레인은 산성도(pH) 9.3에서 무색이지만 pH 10.5가 되면 파란색으로 변하는 성질이 있어 염기성 물질을 검출하는데 자주 이용된다. 티몰프탈레인 용액을 수산화나트륨 용액과 섞으면 순식간에 푸른색으로 변하는데, 수산화나트륨(NaOH)이 대표적인 강염기 물질이기 때문이다.

염기성인 수산화나트륨 용액이 산성을 띠는 이산화탄소를 만나면 중화반응이 일어나며 물과 탄산나트륨(Na2CO3)이 만들어진다. 탄산나트륨은 수산화나트륨보다 염기성이 약해 pH가 9.3 이하로 떨어지고, 티몰프탈레인 용액은 무색으로 변하게 된다. 즉, 이산화탄소와 반응하면서 용액의 푸른색이 순식간에 사라진 것이다.

2NaOH + CO2Na2CO3 + H2O

산․염기를 구분하는 지시약이 다양함에도 이 실험에서 티몰프탈레인을 택한 이유는 pH의 범위 때문이다. 티몰프탈레인 용액은 pH가 10.5에서 9.3으로 떨어지면 바로 반응이 일어나는데, 이렇듯 pH의 범위가 매우 좁기 때문에 단시간에 드라마틱한 반응을 관찰할 수 있다. (pH 9.3~10.5의 범위는 실험의 반응물과 생성물 사이에 있다.)

분무기 대신 스포이트를 이용하면 화학 반응의 차이를 더욱 잘 관찰할 수 있다. 흰 천에 스포이트로 용액을 직접 떨어뜨리면 색은 사라지지 않고 흰 천을 파랗게 물들인다. 물론 이 얼룩은 시간이 지나면서 점차 사라지지만 분무기를 사용했을 때처럼 빠른 반응을 관찰할 수는 없다.

그 이유는 접촉면의 크기와 관련돼 있다. 용액의 접촉면이 클수록 이산화탄소와 접촉하는 표면적이 넓어지기 때문에 용액의 색깔이 더 빨리 사라지는 것이다. 잉크를 뿌린 곳을 입으로 불어도 이산화탄소와의 접촉이 많아져 반응이 더 빨리 일어난다.

산과 염기가 만났을 때 산성과 염기성 정도가 줄어들면서 물과 염을 만드는 반응을 중화반응이라고 한다. 중화반응은 일상생활에서 유용하게 이용되기도 한다. 일례로 생선을 요리할 때 비린내를 제거하기 위해 흔히 레몬즙을 사용하는데, 이 역시 산성(레몬즙)과 염기성(비린내)이 만나 중화되면서 냄새가 사라지는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

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나이대별로 다른 건강검진, 제대로 알고 하자!

아빠는 엄살 대마왕이다. 그리고 그건 할머니로부터 유전된 것임에 백퍼, 천퍼! 틀림없다. 바야흐로 건강검진의 계절 가을. 만 66세로 생애전환기 건강검진을 받고 온 할머니의 폭풍 엄살이 시작됐다.

“아이고, 아범아 어멈아 태연아 그리고 몽몽아. 아이고오오오, 우짠지 관 뚜껑이 친구 같구, 고봉 무덤이 참말로 편안해 뵈두만. 내가 갈 날이 얼마 안 남은겨….”

아빠, 얼굴 가득 짜증 지대로다. 그러나 자칭 ‘남자 심청이’에 애교덩어리인 아빠가 할머니에게 신경질을 부리는 일은 결단코 없다. 아빠, 얼굴 가득 부자연스러운 억지미소를 띠고 할머니를 달래기 시작한다.

“아잉, 엄마 왜 또 그래용~. 건강검진 받을 때마다 이렇게 싸고 누우면 내가 얼마나 속상한데. 우리 엄마 뚝!”

“아녀, 비만에 고지혈증까지 있다는디, 내가 안 죽고 배기냐. 우짠지 몸이 찌뿌둥한 게 아무래도 암에 걸린 게 틀림없구먼.”

“삼시 세끼 고기 생각만 하는 기름 좔좔 식성을 갖고 있으니까 그렇지잉~. 불쌍한 소, 돼지 그만 좀 잡숫고 운동 꾸준히 하면 금방 좋아지니까 걱정 마셔요. 물론 우리나라 사망원인 1위가 암이고, 현재 국내 암 환자가 백만 명에 육박하며, 증조할머니 할아버지가 암으로 돌아가신 것으로 봐서 우리에게 가족병력이 있는 건 확실해 보이지만 그래도….”

아빠의 말이 길어질수록 할머니의 얼굴에서 핏기가 싸악 사라진다.

“잠깐! 아범아, 그러니께 내가 암이란거여? 하이고오오오. 그려서, 얼마나 살겄냐? 흑흑”

“아니, 그게 아니고요. 암이 위험하긴 하지만 건강검진 열심히 받아서 조기에 치료하면 완치율(5년 생존율)이 90%나 된다고요. 나라에서도 생애 주기에 따라서 국민건강보험 가입자라면 누구나 건강검진을 무료 혹은 아주 저렴하게 해주는데, 그걸 잘 모르는 사람도 많더라고요.”

아빠는 이때부터 장황한 설명에 들어간다. 생애 주기별 건강검진은 모두 5가지 종류다. 우선 생우 4개월부터 71개월까지의 영유아를 대상으로 한 영유아검진은 총 7차례에 걸쳐 이뤄진다. 이 검진은 성인검진처럼 질병을 발견하려고 시행하는 것이 아니라, 아이가 비만이나 성조숙증 등에 걸리지 않고 잘 자라고 있는지를 점검하고 보호자에게 아기의 성장에 맞는 적절한 건강교육을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또 만 7세부터 18세까지의 초·중·고등학생을 대상으로 하는 학생검진은 총 4번에 걸쳐 이뤄지며, 성장발육을 평가하고 학생의 건강을 방해할 수 있는 위험인자를 조기에 발견하는데 집중한다.

다음으로 만 19세 이상 국민을 대상으로 하는 일반건강검진은 주로 대사증후군 등 장기적 영향을 주는 질병을 파악해 내는 것을 목적으로 하고 있으며 지역세대주와 직장가입자, 그리고 만 40세 이상 세대원과 피부양자는 매 2년마다 1회씩, 비사무직은 매년 실시하고 있다.

암 검진은 의료급여수급자와 저소득층건강보험 가입자를 대상으로 5대 암(위암, 간암, 대장암, 유방암, 자궁경부암)을 검진해주는 것으로, 위암은 40세 이상 2년에 한 번, 간암은 40세 이상 고위험자에 한해 1년에 한 번, 대장암은 50세 이상 1년에 한 번, 유방암은 40세 이상 여성에 한해 2년에 한 번, 자궁경부암은 30세 이상 여성을 대상으로 2년에 한 번 검진을 실시한다. 국가 암검진을 통해 암으로 판정된 사람은 암 치료비의 일부를 국가에서 지원해 준다.

“끝으로 오늘 엄마가 받은 생애전환기 건강진단이 있는데요. 신체적 사회적으로 큰 변화가 일어나는 만 40세와 만 66세 국민을 대상으로 각종 질환과 건강상태를 1, 2차에 걸려 매우 정밀하게 검진해주고 있다고요. 엄마는 그동안 온갖 건강검진을 아주아주 충실하게 잘 받아왔기 때문에 관 뚜껑이 친근하다거나 무덤이 편해 보인다는 귀신 씻나락 까먹는 소릴랑은 개나 줘 버리라고용~~.”

“고뢔에?? 그럼 나 안 죽는겨? 헤헤, 그럼 다시 소, 돼지, 닭, 오리들을 먹으며 즐겁게 식사를 즐겨야겠구먼!”

“엄마, 그건 아니아니~ 아니 돼어욤! 고기는 줄이고, 운동도 해야 된다고요. 얼마 전에 그 똑똑하다는 미국 하버드대 의과대학, 스탠퍼드대 의과대학 박사들이 공동 연구한 결과, 운동이 심혈관 질환 약과 비슷하거나 더 나은 효과를 낸다고 발표를 했단 말이에요. 심장발작 치료와 당뇨병 예방에도 약과 같은 효과를 냈고요. 그러니까 오늘부터 매일 꼭 운동, 약속해 줭~~.”

“알았구먼, 내 당장 운동장 열 바퀴를 달리고 올 테니께….”

“스톱! 그건 절대 안돼요. 어르신들이 젊은 사람들과 같은 강도로 비슷한 운동을 하면 오히려 역효과가 날 수도 있다고요. 어르신들은 특히 조심스럽게 운동을 해야 하는데, 운동 중에 숨을 멈추는 동작이 있는 건 절대 하면 안 되고, 가급적 느린 운동을 하는 게 좋고, 운동 전후로 꼭 준비운동과 정리운동을 해야만 해요. 안 그러면 혈압이나 쇼크로 위급한 상황이 될 수도 있거든요. 그리고 혹시나 본인이 모르고 있는 질병이 있을 수 있으니까 건강검진을 한 다음, 의사에게 운동을 처방받아서 하는 것이 가장 좋다고요. 알았지용?”

아빠의 말을 다 듣고 난 할머니, 깊은 한숨을 쉰다. 가을 낙엽처럼 쓸쓸한 표정이 얼굴 가득이다.

“그려, 난 이제 고기도 안되구, 운동도 암거나 하믄 안되구, 뭐도 안되구 또 뭐도 안되구… 안되는 거 투성이인 퇴물이 된 것이구먼. 에고, 이제 진짜루 관 뚜껑 열어야 쓰겄다.”

“아잉, 그런 슬픈 표정 짓지 마요오~. 다 엄마 건강하라고 하는 얘기잖아요. 엄마 옆에는 언제나 이 귀요미 아들이 있잖아. 응? 기운 내요!”

아이처럼 겁 많고 투정만 늘어난 할머니, 그리고 그런 할머니를 따듯하게 보듬는 아빠. 왠지 가슴이 찡해지는 풍경이다.

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험] 전기신호를 소리로 바꾼다! 스피커 만들기

바야흐로 멀티미디어의 시대다. 우리는 TV와 라디오, PC는 물론 스마트폰을 통해 다양한 영상․음악 콘텐츠를 즐긴다. 멀티미디어의 필수품 중 하나는 바로 ‘스피커’다. 전자제품에서 나오는 전기신호를 우리의 귀가 들을 수 있는 건 스피커나 이어폰 덕분이다.

스피커(speaker)는 전기로 된 신호를 음성신호, 즉 사람이 들을 수 있는 소리로 변환해 주는 장치다. 우리말로 확성기라고도 부르며, 스피커를 휴대용으로 작게 만든 것이 이어폰이다.

오디오에서 만들어진 소리 정보는 전기신호 형태로 전선을 통해 스피커까지 전달된다. 스피커에 들어있는 코일에 소리의 전기신호가 흐르면 자기장의 작용에 의해 코일 사이에 있는 철 조각이 움직인다. 이 진동이 진동판에 전해져 소리가 발생한다. 소리 신호와 자기장, 전기, 진동판이 있다면 스피커를 만들 수 있다는 얘기다.

간단한 재료를 사용해 직접 스피커를 만들어 보자.


[교과과정]
초등 3-2 자석의 성질
초등 5-1 전기 회로
초등 6-2 자기장

[학습주제]
전기와 자기의 관계 이해하기
스피커의 원리 이해하기
자기장을 이용한 스피커 만들기

<실험 방법 및 원리>



<실험 동영상>



* 실험 참고사항 :
• 에나멜선, 네오디뮴 자석은 문구점에서 구입할 수 있습니다.
• 에나멜선의 끝부분 코팅면을 벗기기 위해 라이터를 이용할 경우, 손을 데거나 다른 곳에 불이 옮겨 붙지 않도록 주의하세요.
• 플라스틱 컵 대신 종이컵을 사용해도 됩니다.
• 오디오용 전선 대신 한쪽이 고장 난 이어폰을 잘라내어 사용해도 됩니다.

※오디오용 전선 표면의 피복을 벗겨내면 안에 전선이 3개가 있는 경우가 있는데(빨간색, 검은색, 니크롬선), 이 경우 빨간색과 검은색의 전선은 다시 벗겨 두 개를 꼬아 묶어준다. 두 개를 묶은 전선과 니크롬선에 각각 전선을 연결하면 된다.


플라스틱 컵에서 소리가 나오는 비밀

전류는 전자가 이동하면서 흐른다. 전자의 움직임은 자기장도 함께 만들어 내는데, 이 때문에 전류가 흐르는 전선 주변에는 자기장이 발생한다. 이와 반대로 원형 전선 안에서 자석을 움직이면 전선에 전류가 발생한다. 이처럼 전기와 자기는 늘 함께 존재하며 서로에게 영향을 미친다.

음악이나 음성신호는 디지털화 또는 아날로그화해 매체에 기록된다. 실험에서는 그 매체가 스마트폰으로, 영상을 재생하면 디지털 또는 아날로그 신호가 추출돼 전기신호로 전송된다. 이 전기신호는 오디오용 전선과 에나멜선을 따라 흐르는데, 이때 생긴 전류의 변화가 자기장을 만들고, 이 자기장이 네오디뮴 자석의 자기장과 함께 작용해 플라스틱 컵을 진동시킨다. 이 진동이 소리를 만들어 우리 귀에 들리는 것이다. 소리의 높낮이와 크기는 전기신호의 주파수와 전류의 힘에 따라 다르게 나타난다.

다양한 스피커의 개발

앞에서 소리 신호와 자기장, 전기, 진동판이 있다면 스피커를 만들 수 있다고 했다. 이런 원리를 이용해 독특한 형태의 스피커를 개발한 사례도 종종 발표된다. 2004년 일본에서는 꽃병 바닥에 도넛 모양의 자석과 코일을 부착한 ‘꽃잎 스피커’를 선보였다. 오디오에 연결하면 전기신호가 꽃줄기를 거쳐 꽃잎을 진동시키고, 이를 통해 소리를 듣게 되는 원리다. 일반 스피커가 한 방향으로만 소리를 전파한다면, 이 꽃잎 스피커는 사방으로 소리를 전파한다.

일반 유리창에 진동 장치를 붙여 소리를 내는 특수한 스피커 ‘사운저볼’도 있다. 진동 장치에서 나오는 진동이 유리 표면을 흔들면 표면 진동이 공기를 울려 소리를 전달하는 원리다. 진동 장치를 붙일 수 있는 넓은 면만 있다면 어떤 물체라도 스피커로 사용할 수 있다.


글 : 유기현 과학칼럼니스트

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    2014.09.28 19:09

솔잎이 없으면 송편이 아니다?

매년 추석이 되면 시골 할머니 집에는 두 개의 보름달과 수백 개의 반달 그리고 날카롭게 거꾸로 찢어진 초승달이 함께 뜬다. 이게 무슨 넌센스 퀴즈냐고? 아니다. 이건 100% 리얼이다! 휘영청 밝은 하늘의 보름달과 추석만 되면 더욱 동그랗게 살이 오르는 아빠의 각 없이 너부데데한 얼굴이 보름달이고, 찜통 가득 향긋한 솔잎 냄새를 폴폴 풍기며 익어가는 송편이 반달이고, 아빠를 째려보는 엄마의 쪽 찢어진 눈이 바로 거꾸로 뜬 초승달이다.

“어머니…, 송편은 그냥 맛보기로 몇 개만 만드셔도….”

“아니, 어멈아. 그게 뭔 소리여. 아범이 송편을 얼매나 좋아하는디. 송편 몇 개 먹드니 벌써 보름달마냥 뽀얗게 살이 올랐잖여. 긍께 한 삼백 개는 만들어야 하지 않겄냐.”

“그, 그럼… 솔잎이라도 깔지 말고 찌면 안 될까요? 하나씩 떼 내려면 손이 너무 많이 가서요.”

“그건 어멈이 몰라서 그려. 솔잎을 안 깔믄 그게 어디 송편이여? 걍 떡이지.”

가만히 있으면 중간이라도 갈 텐데, 할머니 댁에만 오면 갑자기 간에 살이 쪄버리는 아빠는 심각한 마마보이 근성을 드러내며 엄마의 초승달 눈을 더욱 길게 찢는다.

“엄마 말이 맞아. 송편의 송이 소나무 송(松)자인 건 알지? 편은 떡을 점잖게 표현한 우리말이고. 그러니까 풀어서 말하면 소나무떡이란 얘긴데, 솔잎을 안 쓰면 그건 송편이 아니라고. 우리 엄마 진짜 똑똑하다. 앙, 엄마 좋아!”

“우쭈쭈, 우리 아범, 엄마가 좋아쪄유?”

“응, 좋았쪄요! 또, 소나무 잎에서 피톤치드(phytoncide)가 얼마나 많이 나오는지 여보가 알아? 피톤치드는 식물이 다른 미생물로부터 자기 몸을 방어하기 위해 발산하는 살균물질인데, 공기 중의 세균이나 곰팡이를 죽이고, 해충, 잡초 등을 막는 역할을 한다고. 뿐만 아니라 피톤치드는 사람 몸에도 완전 좋아요. 병실 바닥에 전나무 잎을 놓으면 공기 중의 세균이 1/10로 줄어든다는 연구나, 결핵균이나 대장균이 섞인 물 옆에 상수리나무의 신선한 잎을 놓으니까 몇 분 안 돼 세균들이 거의 다 죽어버렸다는 연구 결과도 있을 정도거든. 또 얼마 전에는 KBS의 한 방송에서 피톤치드를 많이 마시면 암세포를 죽이는 자연살해세포(NK-cell)들이 훨씬 더 활발하게 활동한다는 실험을 한 적도 있어.”

“소나무 이파리서 나오는 그 피똥싸구인가 먼가가 암도 잡는겨? 워매, 참말로 대단하구먼.”
“더구나 피톤치드는 활엽수보다 침엽수에서 훨씬 많이 나오고, 특히 소나무는 보통의 나무보다 10배 정도나 강한 피톤치드를 발산하는데, 이렇게 좋은 피톤치드를 포기하고 맹숭맹숭한 떡만 만들어 먹는다는 게 말이나 돼? 송편을 먹으면서 산림욕 효과까지 볼 수 있다는 사실을 알면서도 솔잎을 안 쓰는 게 말이 되냐고. 안 그래 엄마?”

“그람, 말이 안 되지. 근디 우리 아범은 워째 이리 똑똑한겨?

“엄마 닮아서 그렇지~~.”

“아이고, 귀여운 것! 그래서 옛날부텀 구더기나 바퀴 같은 벌레를 없앨라믄 소나무나 전나무 이파리를 뜯어다 그물망에 넣어놓고 그랬던 것이구먼! 나는 그게 피똥싸구 덕분일 줄은 오늘에사 첨으로 알았구먼.”

“아니 엄마~, 피똥싸구가 아니라 피․톤․치․드! 암튼, 그래서 소나무 옆에서는 퇴비도 안 만들잖아. 세균이 근처에 오지를 못하니까 퇴비가 잘 썩지 않아서 그랬던 거더라고.”

“그랬던겨어? 아들이 과학자니께 별거를 다 배우는구먼!”

“송편에 들어가는 녹두, 밤, 깨 같은 고물은 대부분 상하기 쉬운 음식재료잖아. 그런데 송편은 추석기간 내내 두고 먹어야 하는 음식인데다, 추석 날씨는 알다시피 꽤 덥단 말야. 그래서 똑똑한 우리 조상님들이 찜통에 솔잎을 깔았던 거야. 피톤치드가 세균을 막아줘서 송편이 잘 상하지 않거든. 어때, 여보야. 이제 송편 찔때 꼭 솔잎을 깔아야 하는 이유를 알았어?”

“근데 삼백 개씩이나 만들 솔잎을 어디서 따온담…. 당신이 뒷산 가서 따다 줘요.”

“알았어, 내가 따올게! 괜히 아무 솔잎이나 쓴다고 다 좋은 건 아니거든. 지난해 9월, 남부지방산림청이 2년간 산림병해충 방제를 위해 영남지역 2800헥타르(ha)의 소나무에 포스파미돈, 아바멕틴 등의 고독성 농약을 주사했다고 밝혔던 거 기억나? 솔잎혹파리와 솔껍질깍지벌레 등을 없애기 위해 사용한 건데, 농약의 독성이 워낙 강하다 보니 솔잎에 농약성분이 남아있을 가능성이 높거든. 농약을 처리한 지역은 위험성을 알리는 경고판이 세워져 있고, 또 약제를 주사한 소나무는 지면에서 높이 50cm 이내에 주사 구멍이 뚫려 있기 때문에 이런 솔잎은 피해서 따야 한다는 말씀~.”

“그런데 어머니, 송편을 많이 만들었다가 남는 것을 냉장고에 넣어두면, 나중에 먹지도 못하고 버릴 수도 있어요. 냉장고에 넣으면 딱딱해져서 못 먹겠더라고요.”

“어멈아, 그게 뭔 소리여. 떡이나 밥은 절대 냉장고에 넣어두면 안되는구먼! 차라리 냉동실에 넣어야 혀!

“맞아 맞아, 울 엄마 말이 맞다구! 떡이 ‘노화’된단 말이야. 떡이나 밥의 주성분인 녹말은 물에 끓이거나 쪘을 때 쫀득쫀득 점도가 높아지고 색이 반투명하게 변하면서 소화하기 쉬운 상태가 되는데 이걸 ‘호화’라고 해요. 쌀은 딱딱한데 밥은 말랑말랑 맛있는 게 바로 호화현상 때문이지. 그런데, 이렇게 호화된 녹말이 온도가 낮은 곳에서 수분을 빼앗기면 원래의 딱딱한 상태로 되돌아가거든. 이걸 ‘노화’라고 하는데, 노화현상이 가장 잘 일어나는 온도가 딱 냉장실 온도(0~5℃)란 말야. 그러니까 떡이나 밥을 냉장고에 넣는 건 노화돼라, 노화돼라, 노래를 하는 거랑 같은 거야. 그러니까 차라리 냉동실에 보관해뒀다 녹여 먹는 게 좋아요. 노화단계를 거치지 않기 때문에 다시 말랑말랑 맛있어 지거든.”

“아이고 내 새끼, 엄마가 송편 삼백 개가 아니라 사백 개 만들어 줄 테니께 걱정일랑 붙들어 매, 알았징? 냉동실에 꽉꽉 쟁여놓고 먹어라, 내 새끼~~.”

“응응응!!”

명절 때마다 아빠는 바보가 되는 게 틀림없다. 할머니 치마폭에 머리를 파묻은 채 머리를 쓰다듬어 달라고 어리광을 부르는 저 행태 뒤에, 어떤 엄마의 보복이 뒤따르는지 너무나 잘 알 텐데도 언제나 저 버릇을 고치지 못하신다. 드디어 엄마의 눈에서 거꾸로 뜬 초승달마저 사라져버리고 이글이글 거친 불길이 타오른다. 이제 아빠는 끝장난 거다!

“어머님이랑 여보가 그리 좋다고 하시니까 송편 삼백 개 만들어 볼게요. 솔잎 듬뿍 깔고 푹푹 쪄볼게요. 느낌 아니까…. 아! 그런데 태연이 외가에 갈 때는 아범한테 된장, 고추장 담으라고 하고 집안 대청소까지 시켜도 되죠? 아, 그리고 추석 끝난 다음에 아범한테 명품가방 두 개 사놓으라고 윽박질러도 되죠?”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

 

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[실험]호박 화석, 집에서 만들 수 있다?

인도와 중국 티베트 사이에 위치한 히말라야 산맥에서는 화석이 많이 발견된다. 놀라운 점은 조개나 산호, 물고기 등 수생생물의 화석이 발견된다는 것이다. 히말라야 산맥은 세계에서 가장 높은 에베레스트 산(최고 8,848m)을 비롯해 높고 험한 산이 많은 것으로 유명하다. 그런데 어떻게 그 높은 산꼭대기에서 수생생물이 화석으로 발견된 걸까?

화석은 지질 시대에 살았던 동식물의 유해나 활동 흔적이 퇴적물에 남아 그대로 보존돼 있는 것을 말한다. 한자를 풀이하면 ‘될 화(化)’와 ‘돌 석(石)’자로 ‘돌이 된다’는 뜻이다. 이처럼 오래 전에 살았던 식물이나 동물이 돌처럼 단단해진 것을 통틀어 ‘화석(化石)’이라고 한다.

화석은 어떻게 만들어지는 것일까? 화석을 직접 만들어 보며 화석이 왜 우리에게 중요한지, 고생물학자들은 왜 끊임없이 화석을 발굴하고 연구하는지에 대해 알아보자.


[교과과정]
초등 4-2 지층과 화석
중 1 지각의 물질과 변화
중 1 지각 변동과 판 구조론

[학습주제]
화석이 만들어지는 원리 이해하기
지구의 역사와 지각 변동
화석의 중요성 이해하기

<실험 방법 및 원리>



<실험 동영상>



* 실험 참고사항 :
• 액화수지, 경화제는 온라인 과학교구사에서 구입할 수 있습니다.
• 액화수지는 냄새가 나는 물질이니 환기가 잘 되는 곳에서 실험하세요.
• 액화수지에 경화제를 넣고 저을 때 가능한 기포가 생기지 않도록 주의하세요.
• 액화수지가 굳는 동안 열이 발생해 뜨거우니 손이 데지 않도록 주의하세요.
• 조개껍데기 대신 작고 단단한 물건을 넣어서 나만의 화석을 만들어 보세요.


액화수지에 경화제(액체를 빠르게 굳히기 위해 첨가하는 물질)를 넣으면 액화수지가 열을 내며 굳기 시작한다. 액화수지가 완전히 굳기 전에 조개껍데기를 넣으면 용액이 점차 굳어지며 투명하고 단단한 수지 안에 조개가 갇히게 된다. 이런 식으로 과거에 살았던 동식물이 지질학적 과정을 통해 지층 속에 묻혀 형성된 것이 화석이다.

지층에 묻힌 것만 화석이 되는 것은 아니다. 소나무의 끈적끈적한 수액이 굳어진 것을 호박이라고 하는데, 호박 안에 곤충이 갇혀 화석이 되기도 한다. 액화수지 안의 조개는 호박 속에 갇힌 곤충처럼 생화학적 성분이 보존돼 있다. 이런 화석을 ‘화학화석’이라 부른다.


[그림]호박 안에 갇혀 화석이 된 거미.
사진 출처 : 위키미디어
고생물들이 모두 화석으로 남는 것은 아니다. 화석으로 남기 위해서는 몇 가지 조건이 충족돼야 한다. 우선 당시에 그 생물이 번성해야 하고, 생물이 죽은 후 바로 퇴적물 속에 묻혀 분해되지 않아야 하며, 껍질이나 골격 등 딱딱한 부분이 있어야 한다. 일반적으로 연약한 조직은 분해돼 사라지고 딱딱한 부분만 화석으로 남기 때문이다. 단, 공룡의 발자국과 같은 생물의 흔적도 화석에 포함된다. 이런 화석은 ‘흔적화석’이라고 한다.

• 화석 발굴이 중요한 이유
이제 서두에 대한 답변이 나올 차례다. 히말라야 산맥에서 조개나 물고기 화석이 많이 발견됐다는 것은 오래전 언젠가, 히말라야 산맥이 바다였다는 뜻이다. 이처럼 화석을 관찰하면 과거 그 지역이 어떤 환경이었는지 유추할 수 있다. 예를 들어 산호의 화석이 발견된 지층은 한때 예민한 산호가 살 수 있을 정도의 수질과 수온, 수심을 갖추고 있었다는 것을 의미한다. 생물은 여러 지질 작용과 화학적인 변화를 거치면서 화석이 된다. 나중에 암석이 땅 위로 솟아오르고 지표면이 깎이게 되면서 드러나게 된다.

산호처럼 과거 그 지역의 환경을 구체적으로 유추할 수 있도록 돕는 화석을 ‘시상화석’이라고 한다. 시상화석이 되기 위해서는 특정 환경에서만 살 수 있다는 조건이 충족돼야 한다. 예를 들어 산호는 따뜻하고 얕은 바다에서만, 고사리는 따뜻하고 습기가 많은 땅에서만 서식한다.

화석이 발견되는 지층이 언제 생긴 것인지 알려 주는 ‘표준화석’도 있다. 표준화석이 되기 위해서는 살았던 기간이 짧고, 서식지가 지구상에 넓게 분포해 있었으며, 독특한 특징을 가지고 있어야 한다. 지구는 약 45억 년 동안 몇 번의 큰 변화를 겪으며 서식하는 생물의 종류도 크게 변했다. 이런 변화를 기준으로 지구의 역사를 크게 선캄브리아대, 고생대, 중생대, 신생대의 네 부분으로 나눌 수 있다. 각각의 시대에만 살았던 대표 생물로는 고생대의 삼엽충, 중생대에는 공룡과 암모나이트, 신생대에는 매머드와 검치호랑이 등이 있다. 고로 이들이 화석으로 발견되면 그 지층이 생긴 시대를 유추할 수 있다.

이렇듯 화석은 지구의 역사와 생명의 진화를 설명하고 증명해 주는 중요한 자료다. 화석으로 나타나는 다양한 생물들을 연구하면 생물이 환경에 어떻게 적응하고 진화해 왔는지, 왜 멸종을 맞이했는지 등을 유추할 수 있다. 더 나아가 지구의 미래를 예측할 수도 있는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

 

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  1. Favicon of http://blog.naver.com/aa105969?16703 BlogIcon 커피한잔  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    좋은 정보 잘보고 갑니다

    2016.06.11 21:03

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생활에 밎줄 긋는 과학이야기♡ -KISTI의 과학향기-
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