살충제, 모기 잡으려다 사람 잡는다고?!

언제나 최후의 1인, 아니 최후의 1충(蟲)이 문제다! 보이는 녀석들은 에어로졸 살충제를 뿌려 추락시키고, 간혹 후미진 곳에 숨어 있다가 용감히 진격하는 녀석들은 잔인하게 전기모기채로 찌직찌직 화형을 시켰음에도 불구하고 끝까지 독하게 살아남은 모기 한 마리가 새벽 2시 태연의 행복한 꿈나라를 방해하고 있는 것이다.

단잠을 방해하는 모기를 잡겠다고 잠결에 자신의 얼굴과 팔뚝에 무한 주먹질을 해댄 탓에, 태연의 얼굴은 KO패 당한 격투기 선수처럼 팅팅 부어올랐다. 결국 견디지 못한 태연, 거대한 고함과 함께 벌떡 일어난다. 고함 소리에 잠에서 깬 아빠, 무슨 큰일이라도 난 줄 알고 태연 방으로 급히 뛰어간다.

“악!!! 더 이상은 참을 수 없어. 그래 이판사판, 너 죽고 나 죽자. 어디 누가 이기나 해보자고~~!”

“아니, 태연아! 대체 얼굴이 이게 뭐냐. 왜 이리 자해를 한 것이야~. 넌 단언컨대 세상에서 가장 완벽한 아이야. 그렇게 자해할 이유가 하등 없어요.”

“아빠, 오늘 제가 이 녀석을 잡지 못하면 아빠 딸이 아니라 모기 딸이 되겠어요!”

태연, 빛의 속도로 창문을 닫고 전기 코드마다 6개의 전자모기향을 꽂는 동시에, 모기향 15개에 불을 붙인 다음, 에어로졸 살충제 한 통을 모두 뿌린다. 화생방 훈련장을 방불케 하는 태연의 방. 눈물 콧물을 질질 흘리면서도 태연의 표정만은 세계를 정복한 듯한 뿌듯함으로 가득하다.

“켁켁~. 태연아, 넌 왜 그리 극단적인 것이냐. 그러다 모기 잡기 전에 귀한 내 딸부터 잡겠다. 살충제에는 적은양이기는 하지만 사람에게 해로운 성분이 들어있어요. 그래서 너처럼 많은 양을 한꺼번에 사용하면 건강에 큰 문제가 생길 수도 있단다.

“예에?? 살충제가 모기만 잡는 게 아니었어요?”

가정용 살충제는 대부분 피레스로이드계 살충제란다. 벌레를 없앤다는 이름의 제충국(除蟲菊)이라는 꽃에서 나오는 피레트린(pyrethrin) 성분을 인공적으로 합성한 것인데, 사람을 비롯한 포유류는 피레스로이드계 살충제 성분을 분해 할 수 있는 효소가 있어 크게 해롭지는 않아요. 하지만 피레스로이드 가운데서도 퍼메트린 같은 성분은 신경 세포막의 나트륨 투과성을 높여 신경을 과도하게 흥분시킨단다. 그래서 퍼메트린에 사람의 중추신경계가 과다 노출되면 팔다리가 저리거나 호흡기 장애, 현기증을 느낄 수 있지. 퍼메트린은 발암물질과 내분비계장애추정물질로 분류돼 EU나 미국에서는 사용이 금지돼 있고, 우리나라에서도 유독물질로 지정돼 있어.

“그런데, 발암물질이며 내분비계장애추정물질인 동시에 유독물질인 그런 성분이 사람이 사용하는 살충제에 들어있단 말씀이세욧!?”

“설마 그걸 그냥 쓰라고 하겠냐. 0.25% 이하의 농도로만 사용할 수 있도록 규제하고 그 이상을 사용한 살충제들은 모두 회수 조치했단다. 또 재채기나 비염, 천식, 구토 등의 증상을 일으킬 수 있는 알레트린이라는 성분은 0.5% 이하로만 쓸 수 있게 제한했어요. 이것 역시 기준치를 넘긴 제품은 모두 회수 조치했고. 식품의약품안전처 사이트에 들어가면 회수 조치된 제품들이 어떤 건지 나와 있단다.”

“에이, 그럼 상관없잖아요. 나라에서 다 인체에 해롭지 않을 만큼만 쓰라고 했겠죠.”

“적당량을 올바른 방법으로 사용하면 물론 해가 없겠지. 그렇지만 태연아, 지금 너의 방을 살짝 열어 보렴. 자욱하고 매캐한 저 연기가 과연 적당량으로 보이냐?! 살충제에는 퍼메트린과 알레트린 말고도 벤젠, 포름알데히드 등의 휘발성 유기화합물도 실내공기질 권고기준 보다 수십 배가 더 들어있어요. 문을 꽁꽁 걸어 닫고 저렇게 온갖 살충제들을 가득 채워놓으면 그걸 네가 다 마셔야된다는 건데, 그러다간 모기잡기 전에 널 먼저 잡을 수도 있다고!

“흑, 알겠어요. 그럼 살충제는 어떻게 써야 하는데요? 모기는 잡아야 할 것 아녜요….”

가장 중요한 건 밀폐된 공간에서는 사용하면 안 된다는 거야. 특히 전자모기향은 냄새도 강하지 않고 연기도 안 나니까 문을 닫고 사용해도 된다고 생각하는 경우가 많은데, 절대 그렇지 않단다. 전자모기향에도 앞서 말한 살충제 성분이 들어있는 건 마찬가지기 때문에 꼭 환기가 잘 되는 곳에서 사용해야만 해. 또 에어로졸 제품은 사람을 향해 직접 뿌려선 안 되고, 분무된 살충제를 흡입해서도 절대 안 돼. 특히 음식이나 식기, 아이들이 입에 넣고 빨 수 있는 장난감에 닿지 않게 조심 또 조심해야 한단다.

“와~ 정말 조심해야 할 게 많네요. 상당히 귀찮기는 하지만 모기도 쫓고 몸에도 해롭지 않으려면 어쩔 수 없죠 뭐. 그런데 그건 모기에 물리기 전 일이고, 지금의 저처럼 모기 한 마리 때문에 폭풍 간지러움을 겪게 돼 버린 사람은 어떻게 응급처치를 해야 하나요? 아무래도 손톱으로 십자가를 내는 게 최고겠죠? 이렇게 침부터 바른 다음에….”

“안 돼! 십자가를 냈다간 그 고운 얼굴에 심각한 흉터를 만들 수도 있단 말이야! 너의 손톱에는 단언컨대 언제나 수 억 마리의 세균이 살고 있단다. 또 침에도 1㎖ 당 1억 마리 이상의 세균이 있지. 그런데 침을 바르고 손톱으로 십자가 상처까지 내면 어떻게 되겠냐. 피부 속으로 세균이 들어가 염증이 생길 가능성이 매우 높고, 간지러움도 오히려 더 심해진다고! 모기에 물렸을 때 가려운 건 모기가 피를 빨아먹을 때 내뱉는 침 때문이야. 그러니까 모기에 물리면 그 부위를 빨리 깨끗이 씻어서 모기 침을 최대한 줄이고 얼음찜질을 해서 가려움증을 줄여주는 게 가장 좋은 방법이란다. 그러니까 빨리 샤워를….”

“아버지! 아버지는 정말 지식이 풍부하시지만, 딱 하나 모르시는 게 있네요. 아버지 딸은 단언컨대! 이 밤에 샤워를 하느니 그냥 모기에게 장렬히 몸을 바치고 말 아이랍니다. 샤워를 하느니 얼굴에 십자가 백 개를 찍을 아이지요. 단언컨대 아버지의 딸은 세상에서 가장 씻는 걸 싫어하는 아이라는 걸, 아직도 모르시는 거예요?”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

 

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  1. BlogIcon ㅇㅇ  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    아니 그전에 뺑뺑이 모기향이랑 스프레이의 고압가스가 만나는순간 폭발이 일어나야하는게 정상아닌가....

    2016.06.07 01:28

[실험]크로마토그래피, 숨겨진 색을 찾아라!

우리 주위의 물질은 크게 순물질과 혼합물로 나눌 수 있다. 순물질은 이름 그대로 순수하게 한 종류의 물질만으로 이루어졌는데 물, 소금, 순금, 연필심 등이 대표적이다. 반면 혼합물은 두 가지 이상의 순물질이 섞여 이루어진 것으로 공기, 바닷물, 암석 등이 있다. 우리 주위에 존재하는 대부분의 물질은 혼합물의 상태로 존재한다. 때문에 소금이나 철 등 우리 생활에 꼭 필요한 순물질을 얻기 위해서는 혼합물 분리 과정이 필요하다.

그렇다면 혼합물은 어떻게 순물질로 분리할 수 있을까? 크로마토그래피 원리를 이용해 혼합물을 분리해 보자.


[교과과정]
초등 3-2 혼합물의 분리

[학습주제]
크로마토그래피의 원리 이해하기
혼합물 분리하기
생활 속 혼합물 찾아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험 동영상>




* 실험 참고사항 : 코팅된 분필은 결과가 잘 나오지 않습니다.
분필의 점이 물에 잠기지 않도록 주의하세요.
분필을 너무 오랫동안 물속에 담가두면 색들이 모두 분산되므로 주의하세요.
거름종이 실험은 물을 흡수해 위와 같은 결과가 나타나기까지 20분 이상 소요됩니다.


•실험 결과

1) 수성 사인펜으로 점을 찍은 분필을 물 위에 올려놨을 때
- 검은 점은 분필 아래쪽부터 보라, 파랑, 빨강, 노랑의 순서로 번져 나갔다.

2) 수성 사인펜으로 점을 찍은 거름종이를 물에 흡수되도록 올려놨을 때
- 빨강, 노랑, 초록, 파랑 등 각각의 점들이 물과 함께 퍼져나가며 다양한 색깔로 얼룩졌다.

이 실험처럼 혼합된 물질을 분리하는 방법을 ‘크로마토그래피’라고 한다. ‘크로마’는 라틴어로 ‘color’, 즉 색이라는 뜻이고 ‘그래피’는 ‘기록’이라는 뜻으로 색깔의 기록이라는 의미를 갖고 있다. 크로마토그래피는 이동 속도의 차이를 이용해 시료의 성분을 분리해 낸다.

종이 크로마토그래피는 비슷한 성분의 물질이 소량으로 섞여 있는 혼합물을 쉽게 분리할 수 있는 방법이다. 거름종이를 사용하는 이유는 물과 같은 용매를 잘 흡수하는 성질 때문이다. 실험에서 거름종이에 수성 사인펜들로 점을 찍은 뒤, 물에 거름종이 끝부분이 잠기도록 올려놓으면 물이 거름종이를 따라 올라간다. 물이 사인펜 점과 만나면 사인펜 시료 속의 혼합물들이 용해되기 시작한다. 용해된 성분들은 물과 함께 이동하는데 종이 속 셀룰로오스와의 친화력, 성분의 무게 등에 따라 이동하는 속도가 달라진다.

크로마토그래피는 1906년 러시아의 식물학자인 미하일 츠베트가 고안해 냈다. 그는 식물의 잎에 함유돼 있는 엽록소를 분리하기 위해 잘게 빻은 탄산칼슘을 채운 유리관에 식물 즙을 통과시켜 색소를 분리해 냈다. 이후 많은 과학자들이 크로마토그래피를 연구하며 종이 크로마토그래피는 물론 기체 크로마토그래피, 관 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피 등 다양한 방법을 개발해 냈다.

•생활 속 다양하게 이용되는 크로마토그래피

크로마토그래피는 여러 가지 장점을 가지고 있다. 첫째, 혼합물의 양이 적어도 분리가 가능하다. 둘째, 실험이 간편하다. 실험을 시작하고 기다리면 곧 저절로 분리되는 모습을 볼 수 있다. 이런 장점 덕분에 크로마토그래피는 화학 분석에 자주 사용된다. 범죄 영화를 볼 때 핏자국을 분석해서 범인을 알아내는 장면을 흔히 볼 수 있다. 이 때 피가 묻어 있는 부분을 용매를 써서 녹인 다음 크로마토그래피 장치에 넣으면 단백질이 분리된다. 혈액형에 따라 피를 구성하는 단백질의 종류가 다른 점을 이용해 범인의 혈액형을 알아내는 것이다. 소변의 성분 분석도 가능하기 때문에 운동선수의 도핑테스트에도 활용된다. 그 밖에도 지방, 금속 이온, 소화 효소, 비타민, 당분 등을 분리하거나 확인하는 데 이용되고 있다.

과학자들은 크로마토그래피 원리를 이용해 다양한 연구를 진행하기도 한다. 영국 브리스톨대학 리차드 에버세드, 스티븐 버클리 교수 연구팀은 기원 전 1985년부터 기원 후 395년 사이에 만들어진 13구의 미라의 화학적 조성을 분석하는 데 기체 크로마토그래피를 이용했다.

마약을 했는지 검사하는데도 기체 크로마토그래피가 이용된다. 혐의자의 머리카락에서 단백질을 제거한 뒤 나머지를 기체 크로마토그래피를 이용해 분리한 후 질량분석기로 분석하면 엑스터시의 주성분인 MDMA(methylene dioxymethamphetamine)의 검출 여부를 알 수 있다. 소변검사보다 마약 검출 정확도가 월등히 높다. 간단한 실험을 통해 알아본 크로마토그래피는 이렇듯 다방면에서 활약하고 있다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

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    감사합니다

    2016.10.03 01:35

정확히 정오를 기점으로 태연의 얼굴이 점점 붉어지고, 동공이 슬슬 풀리며, 팔다리에 힘이 빠지기 시작한다. 그리고 드디어 오후 2시, 더 이상 참지 못한 태연이 고함을 냅다 지른다.

“아빠! 당장 에어컨 틀어주세요. 당장!! 국가적인 전력부족 사태가 더 심각한가요, 아님 하나밖에 없는 금쪽같은 딸내미가 더위에 비쩍 말라 죽어가는 게 더 심각한가요. 네?!”

“에이, 넌 절대 비쩍 마르지 않았어요. 비만에 조금 더 가깝다고나 할까~? 그리고 옛날에는 에어컨 없이도 잘만 살았다고.”

“지금 농담이 나오세요? 아빠가 뭘 잘 몰라서 그러시는데, 옛날에는 지금처럼 덥지가 않았기 때문에 에어컨 없이도 잘 살았던 거라고요. 하지만 요즘엔 지구온난화 현상이 심해져 여름이 너~~무 덥다고요.”

“물론 지구온난화 때문에 지난 100년 동안 한반도 기온이 섭씨 1.8도 올라갔다는 안타까운 조사가 있긴 하지. 그러나! 그렇다고 옛날이 덥지 않았던 건 아니야. 옛날 사람들도 삼복 찜통더위를 피하기 위해 나름대로 엄청 노력을 했단다. 대나무로 좋은 부채를 만들어 부치거나, 죽부인을 안고 자고, 삼베옷 입는 등의 방법을 썼지. 그리고 왕과 신하들은 석빙고의 얼음을 먹기도 했단다.

“아 맞다. 석빙고! 전 그게 그렇게 신기하더라고요. 이 뜨거운 여름에 어떻게 얼음이 녹지 않고 남아있을 수가 있어요? 냉장고도 없는데?”

“그러니까 우리 선조들이 위대하다는 거야. 석빙고의 구조를 보면 옛 사람들이 얼마나 머리가 비상했는지 알 수 있어요. 석빙고의 천장은 아치형을 하고 있단다. 당연히 벽돌들이 딱 붙어있는 게 아니라 벽돌 사이 뒤쪽에 빈 공간이 생기겠지. 석빙고는 그 공간을 이용해 빙고 안의 더운 공기를 빨아들인 다음 바깥의 환기구로 배출시키는 구조를 하고 있단다. 차가운 공기는 밑으로 가라앉고 더운 공기는 위로 올라가는 성질을 현명하게 이용한 거지. 또 얼음과 맞닿은 벽과 천장의 틈 사이에는 볏짚, 톱밥 같은 것을 채워 넣어 외부의 열기가 들어오지 못하게 했단다. 볏짚은 속에 빈 공간이 많아서 열을 잘 흡수하기 때문에 훌륭한 단열재 역할을 했을 거야.”

“와, 진짜 과학적이다. 어떻게 그런 생각을 했을까요? 그런데 얼음을 먹을 수 있는 사람은 극소수였잖아요. 대부분은 생짜로 더위를 견뎌야했으니 얼마나 힘들었을까요.”

“그래도 집 구조 때문에 조금은 덜 더웠을 거야. 옛 사람들은 가급적 남향(南向)에 배산임수(背山臨水), 즉 뒤에는 산이 앞에는 물이 흐르는 곳에 집을 지었단다. 이런 집에 여름 햇볕이 내리쬐면 어떻게 될까. 마당이 뜨거워지고 더워진 공기는 위로 상승할거야. 그럼 그 빈 공간을 채우기 위해 뒷산에서 상대적으로 차가운 공기가 잽싸게 마당 쪽으로 이동을 하겠지. 대류현상에 의해 더운 공기와 찬 공기가 순환을 하게 되는 거야. 그래서 배산임수 남향집 대청마루에 앉아있으면 뜨거운 한낮에도 산에서 불어오는 선선한 바람 덕에 그다지 더위를 느끼지 않는 거란다.”

“아, 시골 할머니네 집 마당에 가면 바람 한 점 없는 찜통더위에도 이상하리만큼 시원한 바람이 잘 분다고 생각했었는데, 바로 그런 이유 때문이었네요. 할머니 집이 배산임수 남향집이란 건 오늘 처음 알았어요.”

목욕도 더위를 이기는 주요한 수단이었단다. 우리나라 사람들은 예부터 목욕을 좋아하는 청결한 생활습관을 갖고 있었다고 해. 송나라 사람 서긍(徐兢)이 쓴 ‘고려도경(高麗圖經)’에 보면 ‘고구려 사람들은 여름이 되면 날마다 두 번씩 개울에서 목욕을 하는데, 남자 여자 분별없이 의관을 언덕에 놓고 물굽이 따라 몸을 벌거벗되, 괴상하게 여기지 않았다’는 기록이 남아 있단다.”

“아이고머니나, 부끄러워라! 남녀가 유별한데 어찌 그렇게 목욕을 했대요? 어마마, 말도 안 돼.”

“시대마다 풍속이 다르잖니. 그땐 그게 자연스러운 일이었던 거지. 그러나 예외의 사람들도 있었어. 바로 양반들이지. 조선시대 선비들은 제사를 준비하며 목욕재계할 때를 빼고는 거의 몸을 드러내지 않았는데, 그 때문에 여름이면 염증으로 고생하는 양반들이 아주 많았다는구나. 그래서 생각해 낸 게 풍즐거풍(風櫛擧風)이란다.”

“그게 뭔데요? 뭔가 바람풍을 즐긴다는 얘기 같긴 한데….”

“체면 상 개울에서 목욕을 할 수 없었던 선비들은 산에 올라가 상투를 벗어 긴 머리카락을 바람에 날리고, 남성의 중요한 그 부분 그러니까 심벌을 볕에 쬐여 말리곤 했다는구나. 그걸 풍즐거풍이라고 하는데, 전통적인 가치관에서 볼 때는 매우 과감한 피서법이라고….”

“악! 그만! 거기까지! 아아아, 난 어떻게 해. 상상이 된단 말이에요.”

“그러니까 아빠가 상상만은 하지 말라고 했잖니. 보기엔 좀 거시기해도, 풍즐거풍은 상당히 건강에 좋은 피서법이었어요. 요즘 들어 옷을 벗고 바람으로 목욕을 하는 풍욕(風浴)족들이 늘고 있다고 하던데, 그만큼 효과가 좋기 때문이란다. 풍욕을 하면 피부호흡을 통해 모공으로 산소가 들어가서 에너지 대사를 촉진시켜주고, 체내 노폐물이나 독소 배출에도 효과가 좋다는 구나. 그래서 이 아빠, 굳게 결심한 바가 있단다. 이번 여름엔 절대로 에어컨을 켜지 않고, 샤워도 하지 않고, 오로지 풍즐거풍으로 굳건히 여름을 이겨 보려는 구나~~.”

“음… 할 수 없네요. 아빠, 우리 가을에 만나요~!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험]몽글몽글~ 저절로 부푸는 풍선 만들기             

우리가 내쉬는 숨에는 기체인 이산화탄소가 들어 있다. 이산화탄소는 무색, 무취의 기체로 동물이 내쉬는 숨이나 물질을 태울 때 발생하는 기체에 들어있다. 식물이 광합성을 할 때 꼭 필요한 기체이기도 하다. 이렇듯 이산화탄소는 지구상에 꼭 필요한 물질이자 항상 존재하는 물질이다. 여러 물질을 섞어 인위적으로 만들어 낼 수도 있다. 재미있는 화학 실험을 통해 이산화탄소를 만들어 풍선을 저절로 부풀게 해 보자.

[교과과정]
초등 3-2 액체와 기체의 부피
초등 5-2 용해와 용액
초등 6-2 여러 가지 기체

[학습주제]
산과 염기의 반응 알아보기
특정 액체의 반응으로 생기는 기체 알아보기
여러 가지 기체의 특성 알아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험 동영상>




* 실험 참고사항 : 풍선을 병에 씌울 때 찢어지지 않도록 주의하세요.
실험에 사용한 약품과 용액을 먹거나 마시지 마세요.


실험에서 풍선이 저절로 부풀어 오르는 이유는 산과 염기가 만나 화학반응이 일어났기 때문이다. 식초에는 아세트산()이 들어 있고, 탄산수소나트륨과 만나면 물과 이산화탄소 기체가 발생한다.

반응은 풍선 속 탄산수소나트륨을 식초가 있는 병에 붓자마자, 순식간에 일어난다. 이때 병 속을 관찰하면 하얀 거품들이 끓어오르는 것을 볼 수 있으며 기포가 터지는 소리를 들을 수 있다. 이렇게 두 물질이 반응하며 생긴 이산화탄소는 병을 가득 채우고도 흘러넘쳐 풍선을 저절로 부풀게 한다.

[반응식]
탄산수소나트륨 + 식초(아세트산) = 초산나트륨 + 이산화탄소 + 물
NaHCO3(고체)+ CH3COOH(수용액)=CH3COONa(수용액)+CO2(기체)+H2O(액체)

산은 수용액 상태에서 수소 이온(H⁺)을 내놓고 염기는 수산화 이온(OH⁻)을 내놓는다. 이 반응에서는 고체 상태였던 탄산수소나트륨이 액체인 식초와 만나면서 녹아 수산화 이온을 내놓는다. 이것이 식초에서 나온 수소 이온과 만나면 물(H₂O)이 된다.

산과 염기가 만나면 일어나는 중화반응의 또 다른 예를 들자면 묽은 염산과 수산화나트륨 용액의 반응이 있다. 이 두 용액을 섞으면 염산의 수소 이온과 수산화나트륨의 수산화 이온이 만나 물이 만들어지고, 나머지 이온들로 소금이 만들어진다. 이렇듯 중화반응은 산과 염기가 만나 기존 자신들의 성질을 잃고 새로운 물질로 변하는 반응이다.

실험에 사용된 탄산수소나트륨은 베이킹파우더의 주성분으로 빵을 만들 때 많이 사용된다. 밀가루 반죽에 베이킹파우더를 첨가하고 오븐에 넣어 구우면 빵이나 쿠키가 봉긋 부풀어 오른다. 탄산수소나트륨에 가열을 해도 이산화탄소가 발생하기 때문이다.

[반응식]
탄산수소나트륨 (가열) → 탄산나트륨 + 이산화탄소 + 물
2NaHCO3(고체) → Na2CO3 + CO2(기체) + H2O(액체)

탄산수소나트륨에 열을 가하면 탄산나트륨으로 변하며 이산화탄소와 물이 생긴다. 그 결과 오븐에 넣고 가열한 빵 반죽에는 이산화탄소가 발생하며 점점 부풀어 오르고, 이 이산화탄소가 빠져 나간 자리에는 구멍이 생겨 스펀지처럼 변하게 된다.

탄산수소나트륨은 빵 외에도 사이다를 만들 때 사용할 수 있다. 물에 탄산수소나트륨과 시트르산을 섞으면 사이다처럼 탄산 기포가 순식간에 올라온다. 단, 이 상태로는 단맛이 전혀 나지 않기 때문에 설탕이나 시럽을 첨가해야 사이다가 완성된다.

하지만 사이다나 콜라 등의 탄산음료는 뚜껑을 열어둔 채 오래 방치하면 톡 쏘는 맛이 사라진다. 그 이유는 무엇일까. 탄산음료 속 이산화탄소는 물에 잘 녹는 성질을 갖는다. 특히 압력이 높고 온도가 낮을수록 물에 잘 녹기 때문에 탄산음료를 컵에 따른 후 실온이나 따뜻한 곳에 놓아두면 이산화탄소가 공기 중으로 날아가기 쉽다. 탄산 특유의 톡 쏘는 맛은 시간이 지날수록 공기 중으로 날아가는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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악어도 감전사시키는 전기물고기, 정작 자신은 살아남는 비밀!

여행은 즐겁다. 특히 낮에는 차가운 계곡물에서 놀아도 춥지 않을 만큼 기온이 올라가고, 밤에는 선선한 바람까지 부는 초여름의 글램핑(glamping, 고가의 장비나 고급 음식 등 다양한 호화 품목이 포함된 일종의 캠핑)은 더욱 즐겁다. 바비큐그릴에서는 두툼한 돼지목살이 지글지글 익어간다. 그러나 이 아름다운 풍경에 딱 하나 난제가 있었으니, 바로 휴대전화 충전기를 집에 놓고 왔다는 것이다! 벌써 한 시간 전부터 태연의 스마트폰은 제가 곧 숨이 넘어갈 예정이란 메시지를 끊임없이 보내고 있다.

“어떡해, 어떡해~~ 롤 챔피언십 봐야 하는데 배터리가 간당간당한단 말이에요.”

“딱 잘됐구만 뭘. 여행 와서까지 꼭 게임동영상을 봐야겠냐? 그리고 아빠가 롤은 나쁜 게임이라고 했지? 리그오브레전드나 리오레라면 모를까.”

“아빠, 그게 다 같은 게임을 다른 말로 부르는 거거든요? 잘 알지도 못하시면서…. 그나저나 제 몸이 충전기라도 됐음 좋겠어요. 제 콧구멍을 콘센트 삼아 전기코드를 딱 꼽아서 충전할 수 있다면 이 한 몸 불사를 수 있을 텐데요.”

“너의 코가 형태상 콘센트와 상당한 유사성을 갖는 건 사실이지만, 인체에서 생산되는 전기는 아주 적은양이란다. 충전은 말도 안 되는 얘기지.”

“예에?? 어쨌거나 저쨌거나 몸에 전기가 있다고요?”

“그래. 모든 살아있는 동식물은 전기를 생산한단다. 수십 밀리볼트의 극소량이지만 말이야. 생물 세포의 안쪽은 음전하의 농도가 높고 바깥쪽은 양전하가 농도가 높은데, 이렇게 세포막을 사이에 두고 전위차가 나타나는 것을 막전위(membrane potential)라고 한단다. 그리고 이 전위차에 의해 전기가 발생하게 되지. 보통은 안정적인 막전위를 나타내지만 흥분성 세포, 즉 신경세포나 근육세포가 흥분을 하면 빠르게 일시적으로 막전위가 확 바뀐단다. 이때 생긴 전기신호로 생물체는 자신이 경험한 자극을 전달하게 된단다. 이렇게 모든 생물은 전기를 생산해서 일종의 전기신호체제를 확보하고 있지.”

“와, 대단해요! 기차나 자동차에만 전기신호체제가 있는지 알았는데 제 몸에도 그런게 있단 말이잖아요. 이왕이면 좀 더 쎈 전기를 생산해서 휴대폰 충전까지 할 수 있음 좋겠지만요, 쩝.”

“충전을 하고도 남을 만큼, 아니 충전하다 감전돼 죽을 만큼 강한 전기를 만들어내는 동물도 있어. 발전어(發電魚) 혹은 전기물고기라고 불리는 것들인데 전기뱀장어, 전기메기, 전기가오리 등이 대표적인 발전어란다.”

“대체 얼마나 강한데요?”

“전기뱀장어는 600~800V(볼트), 전기메기는 400~500V, 전기가오리는 8~400V 정도 되지. 물론 전압이 높다고 다 충격이 큰 건 아냐. 정전기는 전압이 2만 볼트가 넘는데도 따끔할 뿐이잖아. 하지만 발전어들은 높은 전압에 전류량도 상당하단다. 때문에 전기뱀장어 같은 경우엔 말처럼 큰 동물도 기절시키거나 죽일 수 있지. 발전어들은 이렇게 센 전기를 이용해 먹이를 기절시켜 잡기도 하고, 천적으로부터 자신을 보호하기도 한단다.

“멋진데요? 천하무적이잖아요!! 저한테 그런 능력이 있다면 얼마나 좋을까요. 악당들을 물리치고 세계 평화를 지키는 새로운 영웅으로 등극할 수 있을 텐데, 아~ 아쉬워라. 그런데 발전어들은 도대체 어떻게 전기를 만드는 거예요?”

“전기를 만드는 특정 기관이 따로 있단다. 전기뱀장어를 예로 들어 설명해볼게. 큰 경우 2m까지 자라는 이 녀석들은 몸 전체의 90% 그러니까 180cm가 꼬리야. 그 엄청난 길이의 꼬리에 전기판이라고 하는 발전기관을 5,000개도 넘게 직렬구조로 연결해 놨단다. 때문에 순간적으로 엄청난 양의 전기를 방출할 수 있지. 전기판 한 개의 전압이 0.15V라고 가정하면 5,000×0.15V = 750V의 전압을 만들어 낼 수 있다는 거야. 너도 병렬과 직렬에 대해서는 학교에서 배웠지? 건전지를 직렬로 연결하면 연결한 개수만큼 전압이 높아지고, 병렬로 연결하면 전압은 건전지 하나일 때와 똑같지만 대신 오래 쓸 수 있다는 것 말야.”

“어쩌면 배웠을지도 모른다는 기억의 흔적 같은 것들이 살짝 뇌를 흔들며 지나가긴 하네요…. 그런데 그 정도로 센 전류를 흘려보내면 전기뱀장어 스스로도 감전되지 않을까요?”

“아니, 저 자신은 아주 말짱하단다. 전기뱀장어는 몸의 구조가 140개의 병렬회로로 돼 있어서 밖에서 들어오는 전기충격을 1/140밖에 받아들이지 않거든. 전기뱀장어가 바보가 아닌 다음에야 저 살 궁리도 안하고 그렇게 센 전기를 방출하겠냐?”

“아, 그렇구나. 그런데 아빠, 지금 이 시점에서 문득 하나의 창의적 사고가 튀어나왔어요. 그릴 위에서 맛나게 익어가는 저 돼지목살 옆에 발전어들을 올려놓으면 어떨까 하는 생각이요. 살아있는 발전기인 그 녀석들은 대체 어떤 맛일까요?”

“그 어떤 것이든 먹을거리로 끝매듭을 짓는 너의 창의적 태도는 언제나 놀랍고도 신비하구나…. 전기뱀장어와 전기메기는 주로 남아메리카 나일강 근처나 적도 근처 아프리카의 강에서 많이 사는데, 맛이 상당히 좋고 잡는 방법도 간단하단다. 전기어들이 위협을 느껴 전기를 마구 방출하도록 물 위를 막대기로 막 친 다음, 방전된 전기어가 정신을 못 차리고 있을 때 건져 올린다는 거야. 참 쉽죠잉~~.”

“아…! 침이 꼴깍꼴깍 넘어가요. 저 탐스러운 목살 옆에 2m짜리 전기뱅장어가 나란히 누워있다면 그 얼마나 아름다운 풍경일까요? 아아아, 먹고 싶다 전기뱀장어~ 전기메기~! 왜 한국에는 없는 거니, 왜왜~~. 나쁜 뱀장어, 나쁜 메기!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험]빙글빙글~ 스스로 회전하는 모빌 만들기

아름다운 장식물로 사용되는 모빌은 1932년 미국의 조각가 콜더의 작품이 오브제 모빌이라는 명칭으로 불리면서 사용됐다. 어느 한 점에 고정해 두면 조각이나 공예품이 바람에 따라 움직이면서 소리가 나는 것이 가장 흔한 모빌이다. 바람이 불지 않을 때는 손으로 살짝 스쳐주면 움직이지만 과학의 원리를 이용하면 스스로 회전하는 모빌을 만들 수 있다.

[교과과정]
초등 4-2 열전달과 우리생활
초등 6-2 연소와 소화
중등 1 기체분자의 운동

[학습주제]
공기 중에서 열의 이동 이해하기
고체, 물에서 열의 이동 이해하기
전도, 대류, 복사에 대해 알아보기
생활 속에서 열이 이동하는 예 찾아보기

<실험 방법 및 원리>


<실험 동영상>



* 실험 참고사항 : 종이컵이나 나선 도면이 촛불에 닿지 않도록 주의하세요.

실험에서 나선 모형의 모빌이 스스로 회전하는 비밀은 ‘촛불’에 숨어있다. 양초에 불을 붙이면 주변 공기가 데워지면서 공기의 흐름이 바뀐다. 따뜻해진 공기는 가벼워져서 위로 올라가고 반대로 차가운 위쪽의 공기는 상대적으로 무거워져 아래로 내려온다. 이런 현상을 ‘대류’라고 하며 이런 흐름이 나선 모형을 밀어 올리기 때문에 빙글빙글 회전하는 것이다.

대류 현상은 온도에 따라 밀도가 변하기 때문에 생기는 현상이다. 대류 현상으로 공기 중에서 열이 이곳저곳으로 이동하게 된다. 대류는 기체뿐만 아니라 액체에서도 일어난다.

대류현상이 일어나는 이유는 무엇일까?
대류현상은 밀도가 높은 것은 아래로, 낮은 것은 위로 가려는 현상 때문에 생긴다. 대기에서는 햇빛 때문에 대류현상이 일어나는데, 지상 주변의 공기는 햇빛으로 가열돼 밀도가 낮아 올라가고 높은 고도에서 차가워진 공기는 다시 지상으로 내려온다. 이 때문에 기압 차이가 생겨 바람이 불거나 비가 내리는 기상현상이 생기는 것이다.

방안의 온돌에 의한 난방 방식도 대류 현상을 이용한 것이다. 방바닥이 뜨겁게 데워지면 아래쪽의 공기가 따뜻해져 위로 상승하고 위쪽의 찬 공기가 아래로 내려오고, 이런 공기의 순환이 일어나며 방안의 공기가 전반적으로 데워지는 원리다.

우리가 느낄 수 없는 곳에서도 대류 현상은 일어난다. 지구의 지각과 핵 사이에 위치한 맨틀이 그곳으로 지구 전체 부피의 82%, 전 질량의 68%를 차지할 정도로 규모가 크다. 지구 핵에 가까워질수록 온도가 높아지기 때문에 온도차에 의한 밀도변화로 대류현상이 일어난다. 맨틀은 단단한 지각과 달리 점성유체의 성질을 가지기 때문에 이 위에 지각이 떠 있는 형태다. 따라서 대류현상이 일어나면 지각의 판이 움직이게 된다.

판의 이동은 대부분 지진이나 화산의 원인이 되는 요소로, 무시무시한 자연재해로 이어질 수 있기 때문에 중요한 현상이다. 하지만 다행히도 판의 이동은 매우 느리게 일어나 우리가 느낄 수 없는 수준이며 화석이나 지질 조사를 통해서만 알 수 있다.

겨울철 물고기가 얼어 죽지 않는 이유도 대류 때문이다. 물은 섭씨 4도에서 가장 밀도가 크다. 따라서 수면 온도에 상관없이 바닥은 항상 4도로 유지된다. 수면에 얼음이 얼 정도로 기온이 낮아져도 강 전체가 쉽게 얼지 않는 이유도 대류로 물이 순환하기 때문이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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‘봄바람 휘날리며~ 흩날리는 벚꽃 잎이~~ 울려 퍼질 이 거리를~~ 우우 둘이 걸어요~~.’
휘파람이 절로 나올 것 같은 흥겨운 노래, 가사에서처럼 벚꽃이 폴폴 휘날리는 분홍빛 거리, 따스한 봄 햇살을 맞으며 즐거워하는 아이들. 4월의 동물원은 사랑스러운 한 폭의 그림 같은 풍경이다. 하지만 태연이는 그 속에서 유일하게 무척이나 우울한 표정을 짓고 있다.

“태연아, 왜 그래? 동물원 가자고 그렇게 조르더니. 무슨 일 있어?”

“아빠, 작년 말 미국 갤럽이 전 세계 148개국을 대상으로 조사한 행복감 설문에서 한국이 97위를 기록했다는 사실 아세요? OECD 국가 중에 가장 자살을 많이 하는 나라가 된지는 이미 오래고, 이제는 통계가 잡히는 나라 가운데서도 자살률이 가장 높은 나라가 돼 버렸죠.”

아빠는 태연의 말에 깜짝 놀란다. 하루가 멀다 하고 학교폭력, 왕따가 아이들을 자살로 내몬다는 뉴스가 나오는 세상 아닌가!

“무슨 일 있어? 혹시 하루 종일 조증 걸린 사람처럼 헤헤 웃고 다닌다고 애들이 왕따 시키냐? 그러게 적당히 좀 웃으라고 했잖아!”

“그게 아니라, 배고파요! 그것도 베리 어~엄청!! 아빠는 ‘동물원 나들이도 식후경’이란 얘기도 못 들어보신 거예욧?”

“그럼 너의 극단적인 우울함이 단지 배가 고파서였단 말이냐? 넌 어쩌면 그리도 단순하고, 말초적이며, 본능에만 충실한 것이냐.”

“저만 그런 건 아니거든요? 저 우리 안에 있는 원숭이, 낙타, 이구아나, 구렁이도 모두 먹을 거 하나만 생각하고 살잖아요!”

“세상에, 별 천만에 말씀 만만에 콩떡 같은 얘기를 다 들어보는 구나. 동물은 먹을 것만 생각하지 않아. 감정이 아주 풍부하다고. 예전에는 희로애락의 감정이 인간만이 가진 고유의 특권이라고 생각했지만, 최근에는 동물학, 뇌 과학, 신경과학 등 다양한 학문 분야에서 동물의 의식과 감정에 관한 연구가 활발한데다 PET, MRI 같은 뇌 영상 기술 덕분에 동물의 뇌도 인간처럼 희로애락에 적극적으로 반응한다는 것을 알아냈단다. 다시 말해서 표현방법이 다를 뿐 동물 역시 감정을 느낀다는 거야. 실제로 기니피그의 어미와 새끼를 떼어놓을 때 이들이 스트레스를 경험하는 뇌 부위는 사람이 슬픔을 경험하는 뇌 부위와 놀라울 정도로 유사하는 실험결과도 있단다.”

“정말요? 감정을 느끼지 못하는 게 아니라 인간이 그 감정을 알아채지 못하는 것뿐이라는 거예요?”

“그렇지. 심지어 조너선 밸컴이라는 저명한 동물행동연구학자는 동물들이 스스로 감정을 조절할 수 있다고 주장한단다. 즐거움을 느끼려고 무척 애를 쓴다는 거야. 너도 스트레스가 만병의 근원이라는 애기는 들어봤지? 스트레스를 받으면 면역체계가 무너져 쉽게 병에 걸리지만, 반대로 즐거운 마음을 가지면 오피오이드(opioid)나 엔도르핀(endorphin) 같은 스트레스 감소 물질의 분비가 촉진돼 면역력이 강해지고 어지간한 병은 거뜬히 이겨낼 수 있게 되지. 동물들은 그걸 본능적으로 알고 있기 때문에 더 건강하게 살아남기 위해 즐거움을 느끼려고 노력한다는구나. 즐거움이야말로 진화와 생존을 위한 최고의 원동력이라는 거야.”

“와, 진짜 신기하다!!”

“저 앞에 있는 이구아나를 한 번 보자꾸나. 햇볕 있는 쪽으로 꼼짝도 않고 고개를 돌리고 있지? 이구아나 같은 변온동물은 체온을 유지하기 위해 주기적으로 햇볕을 쪼여야 하는데, 저렇게 따뜻한 온기를 느끼면 기분까지 좋아진단다. 실제로 햇볕을 쬘 때 활성화 되는 뇌의 영역은 인간이 쾌감을 느낄 때 활성화되는 영역과 거의 일치하지. 또 얼마 전 파우나 커뮤니케이션 리서치 협회는 고양이가 만족스러워 할 때 보이는 그르렁거림에 무의식적인 치유 효과가 있어서, 부러진 뼈와 손상된 조직의 회복을 촉진한다는 놀라운 연구결과도 내놓았단다.”

이구아나가 햇볕 좋아하는 게 즐거움을 느끼기 위한 것이고, 그 덕분에 면역력이 좋아지고, 그러면 생존에 더 유리해지고…. 저 행동에 이렇게 많은 의미가 있는 줄은 상상도 못했어요.”

“흔히 동물의 세계는 약육강식과 적자생존만이 지배하는 무시무시한 정글이라고 생각하지. 수많은 TV 다큐멘터리 프로그램을 통해 강한 놈만 살아남는 동물의 세계를 봐 왔기 때문에 어쩌면 당연한 생각이야. 하지만 조너선 밸컴은 동물이 즐거움을 느끼기 위해, 즉 면역력이 강한 신체를 확보하기 위해 동료애와 이타심을 발휘하는 경우도 많다고 주장한단다.”

“와~ 동물의 세계는 놀랍고도 신비해!!”

사람도 마찬가지야. 여자들에게 좋아하는 이성 타입을 물어보면 ‘유머감각이 뛰어난 사람’이라고 대답하는 경우가 많은데, 뇌의 입장에서 보면 유머감각이 뛰어난 남자가 보다 많이 즐거움을 느낄 것이고, 더 탄탄한 면역체계를 갖췄을 테니, 더 강한 녀석일 가능성도 높은 거야. 어쩌면 우리의 똑똑한 뇌가 더 강한 녀석을 배우자로 삼기 위해 웃긴 사람을 좋아하도록 일부러 조종하는 건지도 모르지. 아빠 생각에 태연이 넌, 아마 나중에 숙녀가 되면 어마어마하게 인기가 많을 거야. 아침에 눈 뜨면서부터 잠들기 직전까지 뭐가 그리 재미난 지 웃고 있잖니. 네가 어지간하면 감기에도 걸리지 않는 게 다 웃음 덕분이라고 아빠는 생각한단다.”

“그래서 아빠도 매일 웃고 계신 거였구나. 지난번에 엄마랑 엄청 싸우고 쫓겨나신 날도, 정말 환한 미소를 짓고 계셔서 참 신기했었어요. 밖은 영하 10도인데 그 추위 속에 벌벌 떨면서도 그렇게 맑은 미소를 짓고 계시다니, 그게 다 면역력을 강화해 살아남기 위한 노력이셨군요?”

“무, 물론이지!!”

“근데 엄마는 왜 그런 말씀을 하신 걸까? 아빠가 원래 태어날 때부터 웃는 상이라서, 별명이 ‘고사상의 웃는 돼지’였다고 하시던데요? 초상집에 가서도 계속 웃고 계셔서 상주한테 주먹질을 당한 게 한 두 번이 아니라고 하시던데….”

“우하하하하~! 너의 말도 안 되는 농담을 들으니 또 다시 웃음이 나는구나. 오~ 콸콸콸 넘쳐나는 나의 엔도르핀이여!!”


관련서적: 『즐거움, 진화가 준 최고의 선물』, 조너선 밸컴.
ISBN : 9788972202172 (8972202177)


글 : 김희정 과학칼럼니스트

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향기가 폴폴~ 방향제 만들기

인간이 향을 처음으로 이용한 곳은 종교 의식에서였다. 지금으로부터 약 4,000~5,000년 전, 향기가 있는 식물을 태워 그 향을 이용했다. 시간이 지나면서 향은 왕족이나 귀족들의 사치품으로 사랑받게 됐으며 훗날 그 범위가 일반인들에게까지 확대되며 대중화되기 시작했다.

오늘날에는 향수나 방향제 등 향을 이용한 제품들이 많이 출시되고 있다. 거실이나 화장실 벽에 붙여놓고 필요할 때마다 누르면 액체가 뿜어져 나오는 방향제, 스프레이처럼 칙칙 뿌리는 방향제, 옷장 속이나 책상 위에 놓아두면 향이 발산되는 방향제 등 다양한 형태의 방향제가 우리 주변을 향기롭게 만들어 주고 있다. 천연 방향제를 직접 만들어 보며 향기가 퍼져나가는 현상에 대해 알아보자.


[교과과정]
초등 3-1 우리 생활과 물질
초등 4-1 모습을 바꾸는 물
중등 1 물질의 세 가지 상태


[학습주제]
분자들의 움직임 알아보기
확산 현상 이해하기
생활 속에서 찾아볼 수 있는 확산 현상 찾아보기

<실험 방법 및 원리>





<실험동영상>




*실험 참고사항 : 송곳을 사용할 때는 손이 다치지 않도록 주의하세요.
크리스털 결정은 물을 100배 이상 흡수하므로 너무 많이 넣으면 안 됩니다.
플라스틱 용기 대신 재활용 병을 사용해도 됩니다.


향수 냄새나 음식 냄새는 냄새가 발생한 지점에서 어느 정도 멀리 떨어진 곳에서도 맡을 수 있다. 설탕을 녹인 물을 마시면 어느 부분을 마시든 똑같이 단맛이 난다. 물에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 잉크가 주변으로 퍼져 나간다. 이 세 가지 현상의 공통점은 무엇일까?

바로 물질을 구성하는 분자들이 스스로 끊임없이 운동하고 있다는 것이다. 분자들은 스스로 움직여 기체나 액체 속으로 퍼져나간다. 이런 현상을 ‘확산’이라고 한다. 실험에서 크리스털 결정에 떨어뜨린 향료 분자 역시 공기 중으로 확산된다. 뚜껑을 닫아도 송곳으로 뚫어놓은 구멍을 통해 향료 분자가 빠져나가며 주변 공기 속으로 퍼져 나간다. 향료 분자는 시간이 지날수록 주변으로 확산되며 그 향이 줄어드는데, 이때 물과 향료를 다시 넣어 주면 재사용할 수 있다.

냄새가 나는 것을 감지할 수 있는 건 우리 몸의 ‘코’ 덕분이다. 코는 생명을 유지하기 위한 중요한 호흡기관이자 동시에 냄새를 맡는 후각기관이다. 코의 안쪽에 위치한 후각세포에는 약 1,000만 개의 후각신경이 있는데, 이곳에서 기체 상태의 화학물질을 받아들인다. 이 자극은 대뇌로 전달돼 어떤 냄새인지 구분하게 된다. 뇌는 냄새를 기억하고 있기 때문에 같은 냄새를 맡으면 금방 알아챌 수 있다.

감기에 걸리거나 코가 막히면 냄새를 잘 맡지 못하게 된다. 냄새분자가 후각세포를 자극하는 것을 콧물이 방해하기 때문이다. 또 후각신경에 염증이 생겨 냄새를 제대로 맡기 힘든 경우도 있다. 냄새를 잘 맡지 못할 때는 음식의 맛도 느끼기 힘들다. 후각세포가 냄새를 잘 맡지 못하면 뇌가 미각만으로 음식의 맛을 감지하기 때문이다. 이렇듯 일상생활 속 다양하게 맡을 수 있는 향기를 비롯해 음식의 맛을 풍부하게 음미할 수 있는 이유도 모두 후각세포 덕분이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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유난히도 길~~고 춥던 겨울이 가고 살랑살랑 따스한 바람이 불어오자, 태연과 아빠도 뭔지 알 수 없는 간질간질한 기분이 들기 시작한다. 강아지 몽몽이까지 봄바람이 났는지 택배 아저씨만 와도 반갑다고 깡충깡충 좋아 난리! 아무리 구들장에 붙어있는 게 유일한 특기이자 취미인 아빠라 하더라도 더 이상은 견딜 수 없는 상황이다.

“그래, 가는 거야! 우리도 봄볕을 받으며 뛰어보는 거야! 이 상쾌한 봄바람을 만끽해보자고!”

간만에 간지 나는 운동복으로 갈아입고 천변 길을 뛰기 시작하는 태연과 아빠 그리고 몽몽이. 마음은 봄바람 같으나 몸은 천근만근인지라, 셋 모두 영 폼이 나지 않는다. 아빠의 두부살 배는 걸음을 뗄 때마다 시계추처럼 양 옆으로 쿨렁쿨렁 움직이고, 겨우내 복지부동 움직이지 않았던 태연의 근육들은 불과 삼 분만에 지쳐 뛰기를 거부하는데다, 간만에 바깥구경을 나온 몽몽이는 지나친 행복을 배변으로 표현해버리고 말았다. 한 마디로 총체적 난국!

그때 하얀색과 분홍색이 섞인, 진정으로 심플하고 예쁜 자전거를 탄 여인이 향기 나는 긴 머리칼을 휘날리며 태연과 아빠의 옆을 영화 속 한 장면처럼 지나간다. 그녀의 잘록한 허리와 탄탄한 허벅지는 말 그대로 예술이다. 스톱워치를 누른 듯 일시 정지해 버린 두 사람. 멍 하니 그녀의 뒷모습만 바라본다.

“아빠, 정신차려욧!! 침이라도 좀 닦고 쳐다보든가…. 엄마한테 확 일러버릴 거예욧~!!”
“뭐얏? 너, 너도 엄청 쳐다봤잖아!”
“난, 자전거를 본 거라고요! 저 놀랍도록 아름다운 자전거를 아빠가 저에게 선사해주신다면, 저도 저 언니처럼 환상 몸매의 어린이로 거듭날게요.”

“이거 왜 이래~, 나도 자전거를 봤다고. 흠흠, 저 자전거는 우리가 흔히 타는 기어변속 자전거가 아니라 ‘픽시드 기어 바이크(Fixed Gear Bike)’, 일명 ‘픽시’ 자전거란다. 고정 기어(Gear, 톱니바퀴의 조합에 따라 속도나 방향을 바꾸는 장치) 자전거라는 거지. 70~80년대 뉴욕의 우편배달부들이 타던 자전거에서 유례 했는데, 최소한의 부품으로만 이뤄져 있어서 매우 단순하고 심플한 매력이 있단다. 또 개인이 원하는 컬러로 타이어에서부터 핸들까지 맞춤형으로 주문할 수 있어서 개성도 살릴 수 있고. 도시 멋쟁이들이 즐겨 타는 자전거라고나 할까?”



[그림] 기어가 축에 고정돼 있는 ‘픽시드 기어 바이크(픽시)’. 변속기 등 부속장치가 없어 자전거 외관이 심플하고 가볍다. 사진 출처 : 위키미디어.


“그러니까 나도 저거 사달라고요! 완전 사랑스러웡!!”

“겉으로는 저렇게 예쁘지만, 너 같은 몸치에 저질체력은 함부로 도전하기 힘든 자전거야. 고정기어라서 네가 페달을 돌리는 힘만큼, 딱 고만큼밖에 움직이기 않기 때문에 힘이 많이 들고, 브레이크가 없어서 발로 멈추거나 뒤로 페달을 감아줘야 한단다. 그뿐만이 아니야. 내리막길을 내려올 때도 페달을 끊임없이 굴러줘야 바퀴가 회전하면서 앞으로 나아간단다. 자전거 치고는 완전 고조할아버지뻘 되는, 상당히 원시적인 자전거 형태지.

“정말요? 생긴 건 완전 현대의 극치 같은데…. 원래 옛날 자전거는 다 힘들었어요?”

“그렇지, 기어를 적용하기 전까지는. 자전거는 생각보다 역사가 짧은 기계란다. 바퀴 자체는 수천 년 전부터 존재했지만, 자전거라는 형태가 만들어진 건 1870년대에 이르러서야. 최초의 자전거는 앞바퀴는 엄청 크고 뒷바퀴는 있는 둥 마는 둥 작게 달려있는 하이휠러(high-wheeler)라는 자전거였는데, 너도 옛날 영화나 사진에서 한두 번쯤 본 적이 있을 거야.”

“것두 엄청 멋지던데요? 근데 타기는 힘들었나 봐요?”

“하이휠러는 페달을 한 바퀴 돌리면 앞바퀴도 따라서 한 바퀴 돌아 원둘레의 거리만큼 앞으로 이동하는 자전거였단다. 바퀴가 클수록 한 번에 더 먼 거리를 이동할 수 있기 때문에 그렇게 비정상적으로 큰 앞바퀴를 만들었던 거지. 그런데 바퀴가 너무 커서 자전거에 올라타고 내리는 게 매우 힘들었고, 균형 유지도 어려운데다, 언덕 같은 오르막길에서는 거의 탈 수 없다는 단점이 있었단다. 그래서 과학자들은 앞바퀴와 뒷바퀴가 적절한 힘의 분배를 이뤄내면서 힘들이지 않고 탈 수 있는 자전거를 끊임없이 개발했고, 그렇게 탄생한 것이 기어 자전거였어. 기어와 톱니바퀴 아이디어는 이미 15세기 레오나르도 다빈치에 의해 처음 제안됐지만, 자전거에 적용되는 데까지는 400년이라는 시간이 더 필요했지.”

“그래서요? 기어가 적용되면서 어떻게 변했어요? 자전거, 생각보다 흥미로운데요?”

“그치? 예를 들어 설명하면 좀 더 쉬울 거야. 페달 체인휠(chain wheel)의 톱니가 48개고, 뒷바퀴 휠의 톱니가 14개라면 3:1의 비율이 되겠지? 이건 페달을 한 바퀴 돌리면 뒷바퀴가 세 번 회전한다는 의미란다. 그만큼 한꺼번에 먼 거리를 갈 수 있다는 뜻이고, 바퀴가 작아져도 빠르고 멀리 갈 수 있다는 뜻이지.

“아, 그래서 바퀴가 요즘 것처럼 작아질 수 있었던 거네요?”

“바로 그거야!! 장소에 따라 기어변속을 하면 더 편리하게 자전거를 탈 수 있단다. 예를 들어, 앞 체인휠 톱니가 22개, 뒤 톱니가 30개라면 비율은 0.73이 돼. 당연히 한 번에 멀리갈 수는 없겠지만 대신 힘은 적게 든단다. 그러니까 오르막이 나올 때 이런 저단기어를 사용하면 되겠지? 또 빨리 달리고 싶을 때는 비율이 높은 고단기어를 쓰면 돼. 페달을 한 번 돌릴 때 뒷바퀴를 6~7번 돌아가게 하려면 힘은 많이 들겠지만 아주 빨리 갈 수 있단다. 또 자전거를 탈 때 바람의 저항을 줄이기 위해 헬멧을 유선형으로 만든다거나, 몸에 딱 붙는 스킨수트(skinsuit)를 입는 등의 방법도 고안되고….”

그때 태연과 아빠 옆을 지나가는 한 무리의 자전거 아저씨들! 하나같이 총천연색의, 지나치게 몸에 밀착돼 흔들리는 뱃살을 여과 없이 보여주는, 눈을 어디다 둬야 할지 당췌 알 수 없는 스킨수트를 입고 지나간다. 태연, 순간적으로 눈을 감아버린다.

“아, 조인성 오빠나 원빈오빠가 저렇게 촥 달라붙는 스킨수트를 입고 내 눈앞으로 지간다면 정말 좋을텐데….”

“5분도 안 뛰고 또 남자생각이야?! 얼른 운동에나 집중해~!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험]빛을 휴대하는 법! 휴대용 손전등 만들기

전등의 발명은 인간의 생활을 획기적으로 바꾸어 놓았다. 햇빛은 정해진 일정 시간동안만 하늘에서 비출 뿐, 인간이 인위적으로 이용할 수는 없었다. 약 50만 년 전 인류가 ‘불’을 발견한 이후에야 불빛을 인위적으로 이용할 수 있게 됐다.

이후 램프나 양초, 가스등, 석유램프 등이 발명됐지만 낮처럼 활동할 수 있을 만큼 밝고 이용이 편리한 인공 빛은 ‘전구’를 발명한 이후부터다. 최초의 전등은 1808년 영국인 H.데비가 탄소에 전류를 흐르게 해 빛을 밝힌 것이었다. 현재 가장 널리 사용되는 백열전구는 1879년 토마스 에디슨이 발명한 것으로 잘 알려져 있다.

인류는 여기서 더 나아가 빛을 휴대할 수 있는 방법을 고안해 냈다. 전기를 연결할 수 없는 야외에서 전등을 켤 수 있다는 것은, 또한 이 전등을 어디든 휴대하고 다닐 수 있다는 것은 굉장히 참신한 아이디어였다. 손전등 탄생의 아이디어는 조슈아 라이오넬 코원이라는 사람이 화분 장식을 위해 전등을 설치한 것에서 시작됐다.

코원은 이 아이디어를 크리스마스 전구 및 기타 전기 제품을 제조하던 회사에 판매했다. 당시 이 회사의 직원이었던 영국인 발명가 데이비드 미셀은 코원의 아이디어를 발전시켜 1898년 현재의 손전등과 같은 모형을 발명하게 됐다. 그렇다면 손전등은 어떤 원리로 만들어졌는지 직접 만들어 보자.


[교과과정]
초등 3-2 빛과 그림자
초등 5-2 전기회로
초등 6-1 빛

[학습주제]
인공 빛 이해하기
닫힌회로 구성하기
손전등 만들어 보기

<실험 방법 및 원리>




<실험 동영상>




* 실험 참고사항 : 꼬마전구 밑부분과 전지의 (-)극이 맞닿도록 고정시켜 주세요.
금속판을 너무 오래 누르고 있으면 뜨거워지니 주의하세요.

스스로 빛을 내는 물체를 ‘광원’이라고 한다. 손전등에서는 전구가 광원 역할을 한다. 전구를 전지에 연결하면 빛은 전구 주위의 사방으로 퍼진다. 하지만 손전등에서 나오는 빛은 한 방향으로 나아간다. 그 이유는 전구 주위에 은광필름을 고깔모양으로 만들어 빛을 모아 주었기 때문이다. 이 필름은 다른 방향으로 퍼지려는 빛을 반사시켜서 한 방향으로 모아주는 역할을 한다.

실험에서 전구에 불이 켜지는 이유는 전기 회로가 닫혀 전지의 한쪽 끝에서부터 전구, 다시 전지의 다른 쪽 끝으로 전기가 흘렀기 때문이다. 에나멜선과 금속판은 전류가 쉽게 이동할 수 있는 징검다리 역할을 한다. 에나멜선을 금속판과 맞닿도록 지그시 눌러주면 전기가 흘러 전구에 불이 들어오고, 손을 떼면 전류의 흐름이 끊겨 전구의 불이 꺼진다.

전구에 전기가 흐르면 전구 안에 있는 필라멘트가 뜨겁게 달궈져 빛을 내게 된다. 이는 단점이 되기도 한다. 너무 큰 전기를 흘려주거나 전구를 오래 쓰면 필라멘트가 끊어져 더 이상 전구를 쓸 수 없게 되기 때문이다. 때문에 집에서 사용하는 형광등은 필라멘트 대신 형광등 안쪽에 발려져 있는 형광물질이 빛을 내는 역할을 한다.

손전등은 건전지 두 개가 직렬로 연결돼 있다. 전지 두 개를 연결할 수 있는 방법에는 직렬과 병렬의 두 가지 방법이 있다. 직렬로 전지를 연결해 전기가 흐르게 하려면 두 전지의 다른 극이 서로 맞닿게 연결해야 한다. 전지 두 개를 직렬로 연결하면 전지 하나를 연결했을 때보다 전구의 빛이 더 밝아진다. 반면 전지를 같은 극끼리(병렬) 연결하면 전지 하나를 연결했을 때와 밝기 차이가 거의 나지 않는다. 대신 직렬로 연결했을 때 보다 더 오래 쓸 수 있다는 장점이 있다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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