선선한 바람과 함께 드디어 나들이하기에 딱 좋은 계절, 가을이 돌아왔다. 가을에는 뭐니 뭐니 해도 동물원이 최고라는 태연의 근거 없는 주장에 따라 태연이네 가족은 오랜만에 동물원 나들이에 나섰다. 무척이나 따분해 보이는 엄마 아빠와는 달리 태연은 포유류, 조류, 파충류 우리를 정신없이 돌아다니며 동물들과 심도 있는 대화를 나누고 있다.

“그러니까 호돌이가 너 말고 저 바위 너머 호숙이를 좋아한다 이거지? 됐어, 모양 빠지게 매달리지 말고 포기해버려~. 세상에 수호랑이가 호돌이만 있는 건 아니잖아? 훨씬 더 멋진 호랑이들이 쌔고 쌨어. 자고로 여자의 생명은 도도함이라는 걸 명심하도록!”

“태연아, 그건 잘못된 충고인거 같다. 세상에 수호랑이가 많다는 착각은 버려. 호랑이는 벌써 오래전부터 멸종위기종이란 말이다. 저쪽에 있는 코끼리, 침팬지, 매, 독수리도 다 멸종위기종이고. 머지않아 사진에서만 볼 수 있을지도 모르니까 많이많이 봐두렴.”

“예에에에? 무슨 그런 무시무시한 농담을 하세요. 동물이 이렇게 많은데 멸종이라니, 우리아빠 오늘 쫌 오버하신다.”

“아니야. 얼마 전 세계 자연보전기구는 현존하는 동물들 가운데 포유류 22%, 양서류 43%, 파충류 29%가 멸종위기종이라고 발표했단다. 멸종위기종이란 개체수가 극단적으로 감소해서 확실히 멸종으로 가고 있다고 판단되는 동식물군을 말하는데, 그런 생물이 엄청나게 많다는 거야. 전문가들은 환경오염 때문에 옛날보다 멸종 속도가 천 배에서 심하게는 만 배까지 빨라졌다고 얘기하고 있어. 하루에 한 종 이상이 사라지고 있다는 거지.”

“이 사랑스러운 동물들이 다 사라질 수 있다고요? 아빠, 지난번에 들었던 식인종 얘기보다 더 무서워요. 으으으….”

생물종이 하나 없어지는 건 어쩌면 큰 문제가 아닐 수도 있어. 하지만 사라진 그 생물 때문에 생태계의 고리가 끊어지면 연속적으로 다른 종까지 빠르게 파괴될 가능성이 있거든. 그래서 급격히 대멸종에까지 이를 수 있다는 주장도 커지고 있단다. 6,500만 년 전 공룡을 멸종시킨 중생대 대멸종처럼 말이야. 그래도 그 때는 전체 생물의 4분에 1이 살아남았으니까 완전한 대멸종이라고 보긴 힘들지.”

“그럼 그보다 더 많은 생물이 죽은 적도 있단 말이에요?”

“그렇단다. 지구가 탄생한 이래로 지금까지 모두 5번의 대멸종이 있었는데, 그 중에서도 약 2억 5,000만 년 전에 일어난 페름기 대멸종 때는 전체 생물의 95%가 멸종됐다는구나. 시베리아의 화산이 폭발하면서 지각 속 깊은 곳에 있던 엄청난 양의 이산화탄소가 방출됐고, 이 때문에 지구온난화현상이 일어나서 지구의 기온이 지금보다 섭씨 6도나 높아졌단다. 그렇게 되면서 거의 모든 생물이 멸종되고 말았다고 해.”

“휴, 그래도 다행이에요. 앞으로 시베리아처럼 넓은 땅덩어리가 갑자기 폭발을 일으킬 일은 없을 테니까요.”

“글쎄다. 안심할 일은 아니야. 전문가들은 페름기 대멸종 때와 같은 이유로 지구에 6번째 대멸종이 올 수 있다고 말하고 있단다. 환경오염 때문에 지구온난화가 가속화되고 있다는 건 너도 잘 알고 있을 거야. 지난 100년 동안 지구의 온도는 약 0.7도 올랐는데, 앞으로는 온도상승 속도가 점점 빨라져서 이번 세기 말쯤이 되면 지구 평균 온도가 6.4도나 오를 수도 있다는구나.(IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 패널) 발표) 그럼 페름기 때보다도 온도가 더 높아지는 것이기 때문에 6번째 대멸종이 오는 것도 불가능하지는 않다는 거지. 얼마 전에는 미국 캘리포니아 대학의 안토니 바르노스키라는 교수가 현재 멸종위기에 놓인 동물들이 아예 사라질 경우, 인류는 300~2,200년 안에 대멸종이라는 큰 재앙에 맞닥뜨릴 수 있다는 발표를 하기도 했단다.

“생물종의 95%가 멸종된다면, 인간도 멸종될 수 있다는 거예요?”

“인간도 자연 생태계 측면에서 보면 하나의 생물종에 불과하니까 가능성은 얼마든지 있지.”

“아빠, 전요. 정말 오래, 오~~~래 살고 싶어요. 과학기술이 눈부시게 발달하고 있기 때문에 200년쯤은 너끈히 살 수 있을 거라고 굳게 믿고 있었단 말이에요. 그런데 지구온난화라는 나쁜 녀석 때문에 장수의 꿈을 이룰 수 없을 수도 있다니, 이건 아니에요. 정말 말도 안 된다고요!! 아빠, 그럼 도대체 어떻게 해야 하는 거죠? 이 한 몸 불살라 지구온난화를 꼭 막아보겠어요!!”

“음… 지구온난화의 원인인 온실가스(이산화탄소, 메탄, 아산화질소 등) 배출을 줄여야 하니까, 자동차 대신 자전거를 타고, 일회용품은 사용하지 않고, 전기와 물을 아껴 쓰고…, 그리고 무엇보다 방귀를 좀 그만 뀌어야 한단다.”

“엥? 방귀요?”

“그래, 바로 바로 삼 만년 묵은 썩은 청국장 냄새가 나는 네 방귀 말이야! 젖소 한 마리는 소형차 한 대 분의 메탄가스를 배출해서 지구온난화를 가속화한다지만, 내가 짐작 컨데 넌 대형버스 열 대 분의 메탄가스를 배출하는 게 틀림없다고! 그러니까 지구온난화를 막아 오래 살고 싶다면 제발 방귀와 트림을 적당량만 배출하기를 바란다. 꼭꼭꼭!!!”

“흥! 아빠 배출량은 뭐 적은지 아세요? 내가 누굴 닮아서 초대용량 방귀를 뀌는 장트라블타가 됐는데요. 아빠, 미워!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험] 악취 싹~ 섬유 탈취제 만들기

“오늘 회식이다!”
“오랜만에 고기 좀 구워볼까?”
삼겹살에 목살, 돼지갈비까지…, 다양한 고기들을 배불리 먹은 것까지는 좋았는데, 다 먹고 나오자 온몸에 고기냄새가 진동을 한다. 이걸 어쩐다, 하지만 냄새고 뭐고 어서 가서 쉬고픈 마음뿐이다. 지하철에 성큼 올라타 자리를 잡으니 주변 사람들이 코를 틀어막거나 힐끗힐끗 쳐다본다. ‘바람 쐬면서 냄새 좀 빼고 탈걸’ 이런 생각이 잠시 스쳤으나 이미 뒤늦은 후회일 뿐이다. 옷에 밴 고기 냄새, 쉽고 빠르게 제거할 수 있는 방법은 없을까? 알코올과 정제수만 있다면 집에서 손쉽게 섬유 탈취제를 만들 수 있다.

[교과과정]
초 4-1 모습을 바꾸는 물
초 5-2 용해와 용액
중 1 기체 분자의 운동
중 2 우리 주위의 화합물

[학습주제]
휘발성 물질 이해하기
분자의 확산 운동 이해하기

<실험 방법 및 원리>




*실험 주의사항 : 흰옷이나 실크 재질의 옷에 뿌리면 얼룩이 질 수 있습니다.

<실험 동영상>


옷에 밴 고기냄새나 담배냄새는 본인뿐만 아니라 주변사람의 기분도 불쾌하게 만들어요. 통풍이 잘 되는 곳에 옷을 걸어두면 냄새가 서서히 빠지지만 시간이 너무 오래 걸린다. 이런 문제점을 해결하기 위해 다양한 냄새 제거제들이 개발됐다. 그중 옷에 직접 뿌려 냄새를 제거하는 섬유 탈취제는 알코올 성분이 증발하면서 냄새의 원인물질과 함께 휘발되는 원리다.

그렇다면 고기 냄새는 왜 잘 빠지지 않는 걸까? 고기를 불에 구우면 특유의 냄새가 널리 퍼진다. 고기를 구우면 고기 표면에서는 수분이 제거되면서 부분적으로 온도가 상승한다. 이때 열분해가 쉽게 일어나 아미노산과 같은 성분에서 피라진, 퓨라논 등이 만들어진다. 이 물질들이 바로 고기 굽는 냄새의 정체다.

이런 냄새 분자가 옷에 닿으면 쉽게 떨어지지 않는다. 냄새가 잘 빠지지 않는 것들은 대부분 분자량이 크다.0 담배를 피운 사람에게서 담배 냄새가 잘 빠지지 않는 이유도 이 때문이다. 담배의 성분 중 타르의 분자량이 커, 옷에서 쉽게 떨어져 나가지 않기 때문이다. 반면 분자량이 작은 물질들은 분자량이 큰 물질들에 비해 바람이나 물리적 충격으로 쉽게 다른 곳으로 움직여 냄새가 쉽게 가신다.

섬유 속 냄새물질은 대부분 탄소(C), 수소(H), 산소(O)를 기본으로 한 유기화합물에 해당된다. 땀냄새나 발냄새, 담배냄새, 음식냄새, 페인트냄새 등은 모두 유기화합물이다. 섬유 탈취제의 흡착성분은 분자구조가 이들 유기화합물을 감싸서 흡착할 수 있는 구조로 돼 있는데, 섬유에 붙어 있는 유기화합물을 감싼 후 섬유에서 떨어뜨려 공기 중으로 같이 날아간다. 섬유 탈취제로 가장 널리 알려져 있는 ‘페브리즈’와 같은 제품은 수산화프로필 베타 사이클로덱스트린, 염화아연 등의 분자로 이뤄진 물질이 섬유에 밴 냄새 분자를 감싸 증발시킨다.

때문에 옷에서 나는 담배 냄새, 고기 냄새 등 잡냄새를 없애고 싶다면 섬유 탈취제를 충분히 뿌린 후 공기가 잘 통하는 곳에 두자. 한 두 시간 이상 걸어놓으면 섬유 탈취제 성분과 냄새 입자들이 증발하며 잠냄새가 사라진다. 단, 섬유 탈취제를 뿌린 후 옷장에 바로 넣거나 개어 놓으면 냄새입자가 잘 증발되지 못해 탈취효과가 반감된다.

옷에서 나는 냄새는 음식, 담배 등 증기에 의해 생기기도 하지만 곰팡이와 같이 미생물에 의해 생기기도 한다. 오랜만에 옷장에서 꺼낸 옷에서 나는 곰팡이 냄새가 대표적이다. 그렇다면 섬유 탈취제로 곰팡이나 세균까지 없앨 수 있을까? 옷장 속에도 세균과 곰팡이가 많이 번식하는데, 곰팡이 제거 효과가 있는 섬유 탈취제를 사용하면 세균 제거는 물론 옷에 생기는 곰팡이도 예방할 수 있다.

한편 섬유 탈취제를 뿌리면 어느 정도 떨어져 있어도 향기를 맡을 수 있다. 이는 향기 분자가 공기 중으로 이동하기 때문이다. 이처럼 기체 분자가 공기 중으로 퍼져가는 현상을 ‘확산’이라고 한다. 기체 분자는 확산되는 과정에서 서로 부딪히거나 떨어지며 불규칙한 운동을 반복한다. 또 농도가 높은 곳에서 농도가 낮은 곳으로 이동하려는 경향이 있다. 이 과정에서 향기 분자가 멀리까지 골고루 퍼져나갈 수 있는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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가만히 앉아만 있어도 땀이 줄줄 흐르는 찜통더위 속에서 운동장을 열 바퀴나 뛰고 돌아온 태연이는 집에 오자마자 물 한 병을 다 마시고 바닥에 널브러진다. 몽몽이가 태연의 찝찌름한 얼굴을 맛깔스럽게 핥아대는데도 태연은 손가락 하나 까딱 못한다.

“에고, 여름엔 운동 강도를 평소보다 10~20% 낮춰야 해! 높은 기온 때문에 땀이 발산되기 어려워서 체온이 급상승하고, 심박수도 높아져 위험할 수 있다고! 운동을 끝낸 다음에도 그렇게 털썩 누워버리면 심장에 몰린 혈액이 근육 쪽으로 순환되지 못해 급격히 맥박이 떨어지고 어지럼증이 나타날 수도 있단다. 어서 정리운동이라도 좀 해!”

“아빠… 헥헥…. 삼복더위에 살 빼려다 장렬히 전사했다고 친구들에게 전해주세요.”

“태연아, 아무리 워터파크 비키니를 위한 초스피드 다이어트가 필요하다 해도 이건 아니지. 왜냐! 결과적으로 살이 빠지지 않거든. 흔히 운동을 하면 바로 지방이 연소돼 살이 빠질 거라고 생각하지만, 우리 뇌의 뇌하수체에 있는 체중조절 중추가 그렇게 내버려 두질 않아요. 체중이 일정하게 유지(setting point)되도록 끊임없이 조절을 하거든. 굶어서 단시간에 살을 뺐다가도 곧바로 요요현상이 오는 것도, 체중조절 중추가 예전 체중으로 돌려놓아 버리기 때문이란다.”

“그럼 이렇게 운동해봐야 아무 소용이 없단 말씀이세요?”

“아니지! 운동을 하면 건강해지니까 당연히 좋고, 장기적으로 보면 다이어트 측면에서도 아주 도움이 많이 돼요. 운동을 하면 근육량이 많아지고, 그렇게 되면 기초대사량이 늘어나기 때문에 많이 먹어도 살이 덜 찌는 체질로 바뀌게 된단다. 다시 말 해 체온유지, 심장박동, 호흡, 근육의 긴장 등 생명유지를 위해 꼭 필요한 일들을 하는데 남들보다 훨씬 많은 칼로리를 소비하는 체질로 바뀔 수 있다는 말이야.”

“와, 그거 짱인데요? 얼마나 운동하면 기초대사량을 팍팍 늘릴 수 있어요?”

“그거야 근육 생성 정도에 따라 다르겠지만…, 한 일 년 정도 꾸준히 근육량을 늘리는 운동을 하면 확실히 기초대사량을 높일 수 있단다.

“네에? 아 진짜, 지금 농담하세요? 친구들이랑 워터파크 가기로 한 날이 딱 5일밖에 안 남았단 말이에요. 안되겠어요. 이젠 밥도 아주 쪼금, 병아리 눈물만큼만 먹을 거예요.”

“아이고, 그렇게 굶었다간 점점 더 살찌는 체질로 바뀌게 돼요. 우리 몸은 음식 섭취량이 크게 줄어들면 급격히 위기감을 느끼면서 지방 축적률을 높인단다. ‘어? 왜 밥을 조금만 주지? 큰일 났다. 최대한 지방으로 많이 축적해 두자! 그래야 버틸 수 있어!!’ 이러는 거지. 심지어는 기초대사량까지도 크게 떨어뜨려서 버린단다. 그래서 굶는 다이어트를 자주 한 사람들은 그렇지 않은 사람보다 기초대사량은 낮고, 지방축적률은 높아요. 굶을수록 더 살찌는 체질로 바뀌어서 평생 살과의 전쟁을 벌여야만 하는 거지.

“그래도 아빠, 삼겹살 같은 지방 충만한 음식을 먹지 않으면 좀 낫지 않을까요?”

“아이고, 그렇지 않아요. 미국 보스턴아동병원의 카라 이벨링 박사팀이 연구한 결과에 따르면 지방을 안 먹는 다이어트를 하면 저당(低糖) 또는 저단백질 다이어트를 할 때보다 평균 기초대사량이 220Cal나 줄어든다고 하는구나. 지방을 지나치게 적게 먹으면 기초대사량이 줄어 오히려 살찌는 체질이 된다는 거지.”

“지방만 안 먹으면 살이 빠지는 줄 알았는데, 오히려 살찌는 체질이 된다고요? 엄청 의외인걸요. 암튼 그래도 지방은 나쁜 거잖아요. 콜레스테롤이 있으니까.”

“콜레스테롤이 꼭 나쁜 것만은 아니야. 콜레스테롤은 체내에서 세포의 안정성과 막 투과성을 유지하는 일을 하고, 남성호르몬과 여성호르몬, 담즙산 등 스테로이드 계열 호르몬을 합성하는 원료가 되는 매우 중요한 성분이란다. 그런데 콜레스테롤이 전혀 없는 식품만 먹으면 몸속의 혈중 콜레스테롤 농도가 크게 낮아질까? 그렇지 않단다. 적게 섭취하면 간에서 많이 합성하고, 많이 섭취하면 덜 합성하는 식으로 일정수준의 콜레스테롤 농도를 유지하기 위해 지속적으로 간이 활동을 하거든. 그래서 채식만 하는 스님들의 콜레스테롤도 일반인과 거의 비슷한 수준이란다.”

“엥? 지방을 많이 먹으면 그게 몸속에 쌓여서 살이 찌고, 콜레스테롤 수치도 높아져서 심장병 같은 거에 걸리는 게 아니었어요?”

“이미 공식적으로 그렇지 않다는 게 밝혀졌어요. 지난 2010년 농촌진흥청은 “식품으로 섭취된 콜레스테롤은 혈중 콜레스테롤 농도에 큰 영향을 미치지 않는다”고 발표했단다. 세계보건기구(WHO)에서도 비슷한 얘기를 했고. 물론 지나치게 많은 지방을 섭취하면 당연히 문제가 되겠지만, 적당한 섭취는 전혀 문제되지 않는다는 얘기야.”

“아, 정말. 그럼 어쩌라고요! 운동은 일 년씩 해야 된다 그러고, 굶었다간 살찌는 체질로 변한다고 하고, 지방을 안 먹는 것도 소용없다 그러고. 그럼 어떡하란 말이에요! 아빠 닮아 두툼하게 늘어진 이 뱃살들을 커버할 수 있는 비키니 수영복은 그 어디에도 없다고욧!”

“방법이 없는 건 아냐. 당분 섭취를 줄이는 건 크게 도움이 되지. 당은 포만감을 거의 주지 않기 때문에 과식을 유도하는데다, 체내에서 지방으로 매우 쉽게 전환되거든. 그러니까 당이 많은 탄산음료나 흰쌀밥, 빵 같은 음식의 섭취를 확 줄이면 확실히 다이어트 효과를 볼 수 있지. 하지만 그것보다 비키니를 안심하고 입을 수 있는 훨씬 빠르고 정확한 방법이 있단다.”

“지, 진짜요? 그게 뭔데요? 빨랑 알려달라고요!!!”

“너처럼 푸짐한 배 둘레 타이어를 가진 여자가 이상형인 남자를 찾으면 된단다. 우리나라에서는 찾기 힘들 테고, 어디 케냐나 우간다 혹은 알레스카 쪽에는 있지 않을까? 물론 거기에도 있을지 확신이 서진 않지만 말이야.”
“아빠!! 증오해버릴테야요!!!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험] 차가우면 변한다, 카멜레온 컵 만들기

무더운 여름, 밖에서 땀을 뻘뻘 흘리고 집으로 들어오면 시원한 물 한 컵 들이켜고 싶은 생각이 간절해 져요. 급한 마음에 얼음을 잔뜩 넣은 물을 벌컥벌컥 들이켰다가는 차가운 기운에 머릿속이 찌릿찌릿해 지지요. 추운 겨울에는 무심코 입을 갖다 댔다가 혀는 물론 목구멍을 데일 정도로 뜨거워 낭패를 보는 경우도 있죠. 적당한 온도를 알려주는 컵이 있으면 얼마나 편리할까요?

[교과과정]
초 4-1 모습을 바꾸는 물
초 4-2 열전달과 우리생활
중 1 물질의 세 가지 상태

[학습주제]
열의 이동
기온의 변화
상태 변화와 에너지

<실험 방법 및 원리>








*실험 주의사항 : 스티커를 붙일 때는 물을 넣지 않은 상태에서 붙여 주세요. 찬물을 붓고 붙이려면 컵 표면에 성에가 끼어 잘 붙지 않는답니다. 섭씨 10도 이하에서 색이 변하지만 그냥 찬물보다는 얼음물을 넣어야 색깔의 변화를 더 잘 관찰할 수 있어요.

실험에 사용한 시온 스티커는 상온에서는 흰색이었다가 섭씨 10도 이하로 내려가면 파란색으로 변하는 성질을 갖고 있어요. 때문에 시온 스티커를 붙인 머그컵에 얼음물을 부으면 서서히 파란색으로 바뀌는 것을 관찰할 수 있어요. 그 이유는 얼음물의 냉기가 컵을 통해 전도되면서 시온 스티커에 전달됐기 때문이예요. 일반적으로 열이 전달되는 방법은 전도, 대류, 복사가 있어요. 그중 이번 실험은 고체로 된 물질을 통해 열이 전달되는 ‘전도’ 현상 덕분에 카멜레온처럼 변하는 컵을 만들 수 있었어요. 냄비 밑바닥을 데우면 윗부분에 있는 손잡이까지 뜨거워지는 것처럼, 차가운 물의 냉기가 컵의 바깥쪽까지 전달되면서 시온 스티커의 색을 변화시킨 거예요. 시온 스티커가 온도에 따라 카멜레온처럼 색을 바꿀 수 있는 이유는 스티커에 시온 잉크가 묻어있기 때문이예요.

시온 잉크는 온도에 따라 색깔이 변하는 잉크예요. 주로 유기화합물을 사용해 만드는데, 온도에 따라 분자의 구조가 달라지거나 분자들의 배열 방법이 달라지는 성질을 이용한 거지요. 예를 들어 온도가 높아지면 특정한 화학결합이 끊어지고, 온도가 낮아지면 끊어졌던 화학결합이 다시 이어지면서 물질에 따라 다른 색을 띠게 되는 원리지요. 이렇듯 시온잉크에는 온도가 높아지거나 혹은 낮아졌다가 원래의 온도로 돌아가면 본연의 색을 찾는 종류가 있고, 한번 색깔이 변하면 다시 돌아가지 않는 종류도 있어요.

시온 잉크는 우리 주변에서 다양하게 활용되고 있어요. 머그컵이나 온도계, 프라이팬 등 온도 변화를 손쉽게 알려주는 편리한 제품들이 많이 개발돼 있어요. 업체에서도 신선한 제품임을 알리기 위해 많이 활용하지요. 한 맥주회사는 맥주병에 저온용 시온 잉크 마크를 새겨 맥주가 시원한 상태인지 한눈에 알 수 있도록 했고, 한 피자 업체는 배달용 피자 박스에 고온용 시온 잉크로 글자를 새겨 넣어 피자가 식기 전에 배달을 한다고 홍보하기도 했어요.

안전을 위한 목적으로도 유용하게 이용되고 있어요. 온도계를 사용하기 어려울 정도로 복잡한 기계일 경우, 시온 잉크를 사용해 온도를 감지하지요. 대용량 전기 장치에서 전동기나 변압기, 저항, 스위치, 도선의 접속 부위 등이 과열되면 다양한 사고가 발생할 수 있어요. 특정 온도 이상으로 과열되면 시온 잉크의 색이 변해 사고를 예방할 수 있도록 돕는답니다.

그밖에도 온도에 따라 색깔이 변하는 의류, 장미, 책, 카멜레온 매니큐어, 전구커버, 펜던트 같은 장식품 등 다양한 곳에 사용되고 있어요.

실험에 사용된 시온 잉크는 온도에 따라 색이 변하지만, 이 외에도 전기나 기압, 수분의 정도를 다르게 해 색이 변하도록 만든 물질도 있답니다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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캠핑장 뒷산으로 슬슬 해가 저물기 시작하고, 그릴 위에 고기가 지글지글 구워지는 이때가 태연이는 세상에서 가장 행복하다. 삼시 세끼 고기를 구워달라는 무식한 주장을 해도 별 저항 없이 받아들여지는 유일한 공간, 캠핑장이 있어 태연은 여름이 좋다.

“가족여러분! 다시 여름이 찾아왔고, 우리는 캠핑장에 왔고, 배꼽이 튀어나올 만큼 바비큐도 실컷 먹었습니다. 자, 이제 그럼 오랜만에 납량특집 무서운 얘기 배틀을 시작해 볼까요~~?”

태연은 회심의 미소를 짓는다. 오늘을 위해 식인종에 관한 무서운 얘기를 미리 준비해뒀던 것이다!

“롱~롱~어고, 아프리카 정글에서는 마을에서 가장 예쁜 처녀를 뽑아서 신께 제물로 바치고 부족전체가 게걸스럽게 먹어 치웠다고 합니다. 입가에 피를 질질 흘리면서… 으흐흐… 무섭죠~~!”

“에고, 우리 태연이 또 오버한다 오버해. 그런 얘기는 영화에서나 나오는 거고, 실제로 식인 현장을 목격했다는 사람은 거의 없단다. ‘그렇다고 하더라’ 또는 ‘그랬었다고 하더라’ 식의 자료가 대부분이지. 식인 이야기들은 유럽이 아메리카 대륙을 식민지로 만들던 시절에 식민 세력의 선두로 파견된 사람들이 ‘원주민은 사람을 먹는 미개인 중 미개인’이라고 강조하기 위해서 경쟁적으로 수집했다는 설이 많아요. 미개인이기 때문에 정복해 식민지로 삼아도 된다는 정당성을 확보하기 위해서지.”

“와, 말도 안 돼! 남의 땅을 뺏는 것도 모자라서 식인종이라는 천인공노할 누명까지 씌운 거예요?”

“그런데 식인 습관이 거짓말은 또 아니에요. 아프리카 남단 클라지즈강 유역의 동굴에서 발견된 현생 인류의 골격 파편들이 인위적으로 잘려있는 것이나, 베이징 원인(일종의 직립 원인)의 두개골 하단부가 크게 손상을 입은 것 등을 보면, 세계 도처에 식인 풍습이 있었던 것은 사실이란다. 최근에는 대부분의 인류학자들이 인간의 식인 풍습을 기정사실로 받아들이고 있지.”

이야기가 진행되는 사이 해가 서산으로 꼴딱 넘어가고, 캠핑장은 서서히 검은 어둠에 휩싸였다. 아빠는 납량특집에 걸맞게 점점 목소리를 낮게 깐다. 서늘한 바람 한 줄기가 목 줄기를 스쳐 지나가고, 급격히 으스스한 분위기가 된다.

“암튼, 식인 풍습이 있긴 있었다는 얘기죠? 그럼 그 얘기는 여기서 끝내기로 해요. 뭔가… 기분이 후덜덜 하단 말이에요….”

“아니 왜 그러냐, 네가 먼저 꺼낸 얘기면서. 그렇다면 옛 사람들을 왜 같은 종족을 먹었을까? 그 이유에 대해서는 여러 가지 주장이 있는데, 우선 영양학적인 이유란다. 오스트레일리아 북쪽에 있는 뉴기니 섬의 내륙 고산 지대에서는 광범위하게 식인 풍습이 나타났어. 인류학자들은 그 이유가 포유류, 어류, 파충류 등 단백질 공급원이 풍부하지 않았기 때문이라고 생각하고 있단다. 다음으로는 영양학적인 이유와 종교적인 이유가 뒤섞인 경우인데, 중앙아메리카 멕시코 분지의 고대 아즈텍 제국에서는 매우 많은 수의 사람들이 신께 제물로 바쳐졌고, 의식이 끝난 다음 귀족과 군인들이 그 시신을 먹었다고 하는구나. 심지어는 아즈텍 제국이 끊임없이 전쟁을 한 이유가 제물로 바칠 인간을 구하기 위해서라는 얘기도 있어. 또 고대 이집트에서는 태양이 떠오르면 다른 별들을 먹듯이(별이 사라지듯이) 인간도 같은 인간을 먹어야만 생명을 유지할 수 있다고 믿었던 기록이 남아 있단다.

“아, 아빠는 참 소설도 잘 쓰셔…. 지, 진짜는 아니죠?”

“아냐, 진짜야~. 식인의 이유는 이 밖에도 많은데, 파푸아뉴기니 포레족의 경우 식인이 일종의 장례문화였단다. 사람이 죽으면 모계 친족 여성들이 시신(뇌를 포함한)을 다듬어 모두 함께 나눠 먹었는데, 이렇게 하면 죽은 사람이 산 사람의 일부가 돼 옆에서 계속 살게 된다고 생각했기 때문이라는 구나. 같은 이유에서, 아마존의 야노마모 족은 죽은 사람을 화장한 뒤 그 재를 죽에 섞어 친척끼리 나눠 먹었다고도 해. 그런데 포레족 사람들 사이에서는 식인 장례풍습 때문에 근육과 신경이 마비돼 죽는 ‘쿠루’라는 무서운 병이 창궐하기도 했단다. 쿠루는 소의 ‘광우병’이나 사람의 ‘크로이츠펠트-야코브(CJD)병’처럼 뇌가 광범위하게 파괴돼 스펀지처럼 구멍이 뚫리는 신경질환인데, 1957년 이후 12년 동안 무려 1,100명의 희생자가 나왔다고 하는구나. 다행히 식인 풍습이 금지된 이후에는 극히 드문 병이 됐지.”

“처, 천벌을 받은 게 아닐까요? 조상을 먹어서요…. 그런데, 아빠 혹시 제 뒤에 누가 있는 거 아니죠? 왠지 으스스해요.”

“글쎄다, 아까 돌아가신 증조할아버지 얼굴이 슬쩍 보이는 것도 같던데…. 아이고, 깜짝이야! 방금 옆으로 지나간 목 없는 여자 봤니? 목이 많이 아팠겠다. 아주 그냥 시뻘건 피가 강물처럼 흐르네. 쯧쯧쯧….”

“악!!! 아빠, 그러지 마세요. 제발!! 제가 다 잘못했어요. 시키는 대로 뭐든지 다 할게요!!”

“고뢔? 그럼, 저쪽 으슥한 개수대로 가서 설거지를 해 오련? 목 없는 여자랑 같이. 다행히 손은 잘 붙어 있는 거 같더구나.”

“아빠아!!!!!!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험] 동전을 꿀꺽~ 마술 저금통 만들기

반짝거리는 조명, 넓은 실내 공간, 죽 늘어선 테이블…. 그런데 안으로 들어선 순간, 생각보다 작은 실내에 당황한 경험이 있나요? 알고 보니 벽면과 천장이 온통 거울이 붙어 있었네요.

한정된 공간에서 실내를 더 넓어보이도록 하는 가장 간단한 방법, 바로 벽면을 거울로 장식하는 거예요. 거울에 비친 실내가 마치 거울 뒤에 있는 것처럼 느껴져, 실제 공간보다 몇 배나 더 넓어 보이는 효과를 내지요. 거울은 빛의 반사 성질을 이용해 물체를 비춰 보여줘요. 이런 거울의 성질을 이용하면 신기한 마술 상자를 만들 수 있어요.

[교과과정]
초 3-2 빛과 그림자
초 6-1 빛
중 2 빛과 파동

[학습주제]
빛의 성질 이해하기
거울의 반사

<실험 방법 및 원리>






*실험 주의사항 : 도면 왼쪽 아랫부분의 흰색 직사각형이 은광필름 사이즈입니다. 오려서 은광필름 뒷면에 붙여 주세요. 은광필름에 두꺼운 종이를 붙이는 이유는 동전을 저금통에 넣을 때 얇은 은광필름의 출렁임을 줄이기 위해서입니다. 하지만 동전을 많이 넣으면 은광필름이 휘어지기 쉬우니 적당히 조절하세요.

우리가 물체를 볼 수 있는 이유는 빛이 있기 때문이예요. 스스로 빛을 내는 광원 외에 빛을 내지 못하는 물체들은 햇빛이나 전등과 같은 광원으로부터 받은 빛을 반사해요. 반사된 빛이 우리 눈에 들어와 물체를 인식할 수 있는 거지요.

거울은 빛의 반사를 이용해 물체의 모습을 비추는 도구예요. 표면이 편평한 유리판 뒷면에 수은을 바르고, 그 위에 습기를 막기 위한 칠을 해 만들지요. 거울에 물체가 비치는 이유는 빛이 직진하다가 사물에 부딪힌 다음, 거울에 다시 부딪혀 튕겨져 나와 우리 눈에 들어오기 때문이예요.

위 실험에서는 거울 대신 은광필름을 사용했어요. 유리나 플라스틱으로 된 거울은 상자 사이즈에 맞춰 자르기 어렵기 때문이예요. 마술 저금통의 핵심은 거울로, 상자의 대각선 사이즈에 꼭 맞아야 하거든요. 은광필름은 거울처럼 사물을 비춰 보여주면서 얇고 잘 휘어져, 원하는 사이즈로 자르기 쉽답니다.

상자 내부를 대각선으로 가로지른 은광필름은 상자의 바닥을 반사시켜 보여 줘요. 이 때 앞쪽으로 난 창을 통해 보면 사방이 바둑판 무늬로, 상자의 전체를 보는 것 같지요. 하지만 은광필름 윗부분은 보이지 않아요. 저금통 구멍으로 넣은 동전은 바로 이 부분, 은광필름 윗부분에 쌓이기 때문에 앞쪽 창문에서는 보이지 않는 거지요. 저금통에 동전을 넣으면 사라지는 이유, 이제 확실히 알겠죠?

그밖에도 거울은 일상생활에서 다양하게 활용되고 있어요. 일반적으로 우리가 쉽게 접하는 평면거울은 물체의 모습을 있는 그대로 보여줘요. 거울 표면이 편편하고 매끄러워, 모든 빛이 일정한 각도로 빛을 반사하지요.

이런 평면거울 외에도 볼록거울이나 오목거울도 많이 사용돼요. 볼록거울은 가운데 부분이 볼록한 거울로, 평행 광선을 퍼지게 해 물체가 실제보다 작아보이지만 평면보다 더 넓은 곳을 볼 수 있어요. 때문에 편의점 천장 모서리 부분이나 사고가 나기 쉬운 도로, 자동차 사이드 미러 등에 많이 쓰이지요. 오목거울은 가운데 부분이 오목한 거울로, 물체가 거울에 가까이 있으면 상이 크게 보이고, 멀리 있으면 위아래가 거꾸로 뒤집혀 작게 보여요. 때문에 물체를 크게 봐야하는 화장용 거울이나 천체망원경, 현미경 등에 사용한답니다.

[다운로드 : 저금통 도면]

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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한가로운 휴일 오후, 엄마와 아빠는 다정하게 향기로운 커피 한 잔을 즐기고 있다. 태연, 그 옆을 킁킁거리며 돌아다닌다. 그러나 아무리 힐끗거려도 엄마 아빠는 전혀 커피를 줄 생각이 없는 것 같다.

“아, 향기로워라~~. 그 누가 커피를 신의 축복이라 했던가! 커피를 즐겨 마시는 내 친구 말자와 순자는 축복을 받은 것들이로다. 고것들이 달달한 커피믹스를 컵에 넣고, 뜨거운 물 붓고, 봉지로 살살 저을 때 풍겨오는 그 향긋한 향은 나를 복장 터지게 한다네. 아아~~ 나는 불행한 여인, 커피를 금지당한 슬픈 종달새~~.”

“백날 노래를 해도 안 되는 건 안 되는 거야. 다량의 카페인은 칼슘과 철분 흡수를 방해한단다. 키 크는데 방해가 될 수도 있다는 거야, 알겠니? 안 그래도 무척이나 짤따란 너의 기럭지에 악영향을 줄 수 없어서 커피를 못 마시게 하는 거니까, 아빠의 깊은 뜻을 좀 헤아려 주렴. 그리고 커피믹스 봉지로 커피를 저어먹는 건 절대로 하면 안 되는 행동이야. 네 친구들한테도 꼭 얘기해주도록 해.”

“흥! 친구들까지 커피를 못 먹게 해서 커피를 향한 나의 강렬한 욕망을 막고자 하시는 거, 다 알거든요?”

“전생에 꽈배기 공장을 다녔나, 얘가 왜 이렇게 배배 꽈서 듣니? 진짜라니까! 커피믹스 봉지로 뜨거운 커피를 저을 경우, 인쇄면에 코팅된 플라스틱 필름이 벗겨져 인쇄 성분이 커피에 녹아들어갈 수도 있단다. 커피와 함께 인쇄성분까지 마실 수 있다는 얘기지. 또 커피믹스 봉지의 절취선 부분에는 소량의 납 성분이 있기 때문에 이 부분을 뜨거운 물에 담그고 저으면 납까지 마시는 게 되는 거라고.

“엥? 진짜요? 그럼 말자랑 순자가 지금까지 인쇄성분이랑 납을 마셔왔던 거예요? 어쩐지 애들이 날이 갈수록 얼굴이 창백해진다 했어.”

“커피믹스 봉지는 한 겹의 필름인 것처럼 보이지만 실제로는 여러 겹의 화학수지로 만들어진 다층포장재란다. 커피믹스뿐만 아니라 과자·라면·만두·케첩 등의 포장재는 다양한 환경으로부터 식품을 보호하기 위해 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 알루미늄박 등 2~3겹 이상의 필름을 합쳐 만들지. 즉석카레 같이 끓는 물에 데워서 먹는 식품은 내열성, 차광성, 산소차단성 등을 고려해서, 또 냉동만두 같은 제품은 영하의 저온에서 충격을 받아도 찢어지지 않도록 한 거지. 또 토마토케첩 같은 소스류는 산화되거나 냄새가 나지 않도록 다층포장재로 만든단다.”




[그림]커피믹스 봉지가 다층포장재로 구성된 이유는 각각의 역할이 있기 때문이다. 자료 제공 : 식품의약품안전청


“아~ 그랬구나. 그런데 혹시 여러 겹을 붙인 거라서 몸에 더 해롭고 그런 건 아니에요? 환경호르몬 같은 게 나오는 건 아니겠죠?”

“에고, 그런 걱정은 안 해도 돼요. 다층포장재를 구성하는 재질 중에서 식품 접촉면에 사용되는 재질은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌인데, 여기에는 가소제 성분을 사용하지 않기 때문에 환경호르몬(DEHP, 인성 내분비 교란물질) 걱정은 할 필요가 없단다. 다시 말해 포장재 성분이 네 몸에 흡수돼 너의 정상적인 호르몬 작용, 즉 내분비 작용을 방해할 걱정은 안 해도 된다는 거야.”

“휴… 다행이에요. 근데 말자는 라면봉지에 뜨거운 물 넣고 그냥 먹기도 하던데, 그것도 괜찮아요?”

“아빠도 군대 다닐 때, 일명 뽀글이 라면이라고 해서 뜨거운 물 붓고 그렇게 많이 만들어 먹었는데, 라면 봉지의 내면도 주로 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 재질로 돼 있어. 때문에 뜨거운 물을 붓는 정도에서는 환경호르몬이 방출되지는 않지만 뜨거운 물 때문에 라면 봉지가 찌그러져 밖으로 흘러나오면 손이 데일 수 있다는 점~ 앗 뜨거, 하면서 봉지를 놓치면 발까지 데일 수도 있다는 점~ 그럼 병원에 가야 한다는 점~ 등은 생각해야지.”

“뽀글이 라면을 먹어도 된다는 거예요, 안 된다는 거예요? 답답해 정말. 게다가 아빠의 개그맨 따라 하기는 정말 재미없다는 점~~.”

“당연히 100% 안전하다고는 장담할 수 없으니 그런 짓은 하지 말라는 거지! 라면 봉지는 내용물의 변질을 막기 위한 용도로 만들어진 거니 꼭 냄비에 끓여먹도록 해라. 혹시라도 아빠 몰래 뽀글이 라면 해 먹으면 네 머리를 뽀글이 아줌마 스타일로 만들어줄 테니깐.”

“그런데 아빠, 완전 궁금한 게 있어요. 그렇게 포장재에 대해 많이 알고 계신 분이, 왜!! 사랑하는 딸의 포장, 즉 얼굴 피부는 이렇게 형편없이 만드신 거죠? 제 볼떼기를 보시라고요. 우둘투둘 이건 흡사 악어 등껍질의 그것과 같은 느낌이라고욧!”

“그걸 왜 나한테 묻냐. 더러운 손으로 여드름을 쥐어짜는 너에게 물어야지. 세상에 그 어떤 좋은 포장재도 더러움 앞에서는 견딜 수 없다는 점~~~.”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험] 철길 구르는 바퀴 만들기

우리 주변의 물체 대부분은 외부에서 밀거나 당기는 등 힘을 가해야만 움직이지요. 그런데 힘을 가하지 않아도 물체 스스로 밀거나 당기는 물체가 있어요. 바로 ‘자석’이예요. 자석끼리 서로 밀어내거나 끌어당기는 힘, 또는 자석이 다른 물체를 끌어당기는 힘을 ‘자기력’이라고 해요.

자기력의 크기는 자석들 사이의 거리에 따라 달라져요. 자석 사이의 거리가 가까울수록 힘이 커지지요. 두 자석을 서로 다른 극끼리 마주 보게 놓아두면 자기력 때문에 서로 달라붙겠지요? 하지만 두 자석의 거리가 멀어질수록 자기력은 약해지고, 결국에는 서로에게 아무런 영향도 끼치지 않게 된답니다.

자석은 자기력 외에도 다양한 성질을 가지고 있어요. 막대자석의 한쪽은 빨간색으로 칠해져 있고 다른 쪽은 파란색으로 칠해져 있지요. 빨간색 부분은 N극이고 파란색 부분은 S극이예요. 이렇게 하나의 자석 안에는 N극과 S극이 함께 존재한답니다. 그런데 이 막대자석을 정확하게 반으로 나누면 어떻게 될까요? 신기하게도 쪼개진 부분들이 각각 N극과 S극으로 나눠진답니다. 자석을 아무리 잘게 쪼개도, 조각들의 양 끝은 항상 N극과 S극을 띠게 돼요.

자석은 다른 물체에게 자신의 능력을 나눠주기도 해요. 철 안에는 자성을 가진 작은 입자들이 들어 있는데, 평소에는 멋대로 흐트러져 있다가 자석을 가까이 하거나 자석으로 문지르면 가지런히 배열돼요. 이런 현상을 ‘자화’라고 해요. 자화된 철은 마치 자석처럼 자기력을 갖게 돼요. 자석도 아니면서 자석처럼 행동하게 만드는 자화 현상, 실험을 통해 더 자세히 알아볼까요?


[교과과정]
초 3-1 자석의 성질
초 6-1 자기장

[학습주제]
자석의 성질과 자기력 이해하기
자화현상 관찰하기


<실험 방법 및 원리>







실험에서 바퀴가 철길을 구르는 것을 관찰해 보면, 바퀴의 폭보다 더 넓어지는 철길 끝에서도 떨어지지 않고 꼭 붙어 다시 뒤돌아 굴러오는 것을 볼 수 있어요. 이렇듯 바퀴와 철사가 붙어 있을 수 있는 이유는 자화 현상 때문입니다. 바퀴에 연결된 나사 두 개가 네오디뮴 자석으로부터 자기력을 받게 된 거지요. 때문에 철길에 단단하게 달라붙어 철사길을 뒤집거나 흔들어도 바퀴가 떨어지지 않고 철길에 붙어 계속 굴러갈 수 있는 거랍니다.

실험에서는 자석이 물체를 당기는 힘을 이용해 이동하는 물체를 만들었어요. 반대로 자석이 서로를 밀어내는 힘을 이용하는 탈것도 있답니다. 바로 자기부상열차가 그 주인공이죠. 자기부상열차는 바닥에 초전도체를 이용한 초전도 자석을 놓고 레일 위치에 전자석을 놓아 만들어요. 초전도 현상이란 섭씨 영하 200도 이하의 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 사라지는 현상을 말해요. 초전도 현상이 일어나는 초전도체는 전기 저항이 사라지는 것 외에도 아주 큰 자기장을 만들거나 가두어 둘 수 있어요.

열차 바닥의 초전도자석과 전자석의 자기장 방향은 반대지요. 때문에 열차와 레일 사이에 서로 밀어내는 척력이 생기고 무거운 열차가 공중에 뜰 수 있는 거랍니다. 자기부상열차는 마찰력이 거의 발생하지 않아 적은 동력으로도 먼 거리를 갈 수 있어요. 이렇듯 자석은 우리 일상생활에서 다양하게 쓰이고 있답니다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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발명가의 자질은 실수?

과학향기 기사/Sci-Fun 2012. 5. 16. 01:30 by 과학향기
발명가의 자질은 실수?

태연, 입을 씰룩거리며 한참동안 집안을 돌아다니더니 도저히 못 참겠다는 듯이 나무젓가락을 꺼내 칼로 날카롭게 깎기 시작한다.

“엄마는 도대체 쇠고기를 구우신거예요, 아님 삼 만년 묶은 고래심줄을 구우신 거예욧! 고기 한번 먹었다가 24개의 이 사이사이마다 빠짐없이 고기가 끼어서 빠지질 않는단 말이에요. 이쑤시개도 아무 소용없고, 제가 오죽 답답하면 나무젓가락 창을 만들어서 이를 쑤시겠냐고욧!”

“아이고, 그러다 다치면 어떡하려고 그래! 그나저나 너의 무척이나 무식한 두꺼운 젓가락 이쑤시개를 보니, 네가 혹시 발명에 엄청난 소질이 있는 건 아닌가 하는 생각이 드는구나. 많은 학자들이 인류 최초의 발명품을 이쑤시개라고 주장하고 있거든. 그런데 지금 네가 4~5만 년 전 원시 인류가 하던 행동을 똑같이 하고 있으니 말이야.”

“혹시, 지금 저를 원시인 같다고 놀리시는 건 아니겠죠? 제가 원시인이면 아빠도 원시인 아빠라는 걸 잊지 마시라고요. 그리고 뭐, 발명이 별건가요? 아무거나 새로 만들면 되지. 그딴 거 저도 얼마든지 할 수 있어요.”

“맞아. 발명은 어렵지 않아. 더 편하고 유익한 도구를 새로 만드는 것일 뿐이지. 하지만 발명이 바꿔놓은 인류의 문명과 역사는 엄청난 것이란다. 지렛대와 바퀴의 발명 덕분에 물건을 운반하기 쉬워져 지금과 같은 건축물들이 탄생할 수 있었고, 문자와 인쇄술의 발명으로 지식 전달이 매우 쉬워져 세상은 점점 더 빨리 발전할 수 있게 됐지. 또 18세기에 발명된 증기기관 덕분에 산업혁명이 시작됐고 그 덕분에 현대문명이 존재할 수 있게 됐단다. 또 전기, 자동차, 컴퓨터, 인터넷 등의 발명이 없었다면 얼마나 불편했을까, 아이고…, 상상도 하기 싫구나.”

“와, 발명이 그렇게 대단한 거였어요? 그런데 제가 어디서 들은 건데요, 발명을 해서 특허를 따면 돈을 그렇게 많이 번다면서요? 발명 하나로 세계적인 재벌도 될 수 있다던데, 정말이에요?”

“그럼! 대표적인 사람이 발명왕 에디슨이야. 1878년 백열전구를 발명하기 위해 에디슨 전기회사(Edison Electric Light Company) 창설했는데, 이때 수많은 발명품을 만들어냈고 이것이 아직까지 세계 최고 기업 중 하나로 손꼽히는 제너럴일렉트릭(GE)의 모태가 됐지 않냐. 이렇게 발명을 통해 지식재산권을 확보하면 얼마든지 부자가 될 수 있단다.”

“와~!! 드디어 저의 미래 직업을 결정했어요. 저 발명가 될래요!! 그럼 이제 뭐부터 시작하면 될까요? 발명 방법을 좀 가르쳐 주세요. 빨리 빨리요!”

“그래? 그렇담 매년 5월 19일이 ‘발명의 날’로 정해져서 각종 행사가 열리는데, 여기에 출품할 작품을 생각해 보려무나. 발명을 하기 위해 가장 중요한 건 ‘관찰’이야. 일단 지금 네 주변에 있는 모든 물건들을 아주 유심히 관찰하고, 조금이라도 불편한 점이 발견되면 그것을 개선할 수 있는 방법을 곰곰이 고민해보렴. 당장 어떻게 개선할 수 있을지 생각이 나지 않는다면 기존의 물건에 뭔가를 더하거나, 빼보거나, 아니면 모양이나 크기, 재료, 용도 같은 걸 바꾸는 식으로 수많은 상상을 해보는 거야.

“에이, 그건 발명이 아니잖아요. 그냥 좀 업그레이드 하는 거지.”

“그렇지 않아. 일반적으로 기존 기술의 20% 이상을 개량할 수 있으면 발명으로 인정한단다. 어쩌면 너처럼 하루 종일 온갖 쓸데없는 상상의 나래를 펴느라 바쁜 사람이 발명에는 더 맞는 사람일지도 몰라. 또 넌 실수도 많이 하잖아.”

“자꾸만 놀리실 거예요? 제가 무슨 실수를 해요! 전 흠이 없는 여자라고욧!”

“고~뤠? 참으로 안타까운 일이구나. 실수가 나쁜 게 아니에요. 역사적으로 보면 실수와 우연을 통해 이뤄진 발명이 진짜 많거든. 대표적인 합성소재인 나일론의 경우를 보자꾸나. 20세기 초, 하버드 대학 강사였던 캐러더스는 연구팀원들과 함께 고분자에 대한 연구를 하고 있었어. 그런데 실험이 끝나고 팀원 한 명이 실험 찌꺼기를 불에 쬐여 떼어내려고 하자, 찌꺼기가 끊어지지 않고 계속 실처럼 늘어나는 거야. 이것을 본 캐러더스는 인공 화학섬유 개발을 본격적으로 추진해 결국 나일론을 발명하게 됐단다. 또 1839년 찰스 굿이어라는 청년이 황을 끓이다가 실수로 고무 위에 엎질러 합성고무를 만들었는데, 이것이 고무 타이어의 시작이기도 했지. 뿐만 아니라 전자레인지는 전투기 부품을 만들기 위해 레이저 실험을 하다가, 그리고 치클 껌은 고무를 만들다 실패해서 만들어졌단다.”

“우와, 대단해요! 아빠 얘기를 들으면 들을수록 저는 발명가로서의 자질을 완벽히 갖추고 있는 것 같아요. 아까 일상생활을 좀 더 편리하게 해줄 수 있는 방법을 고민해 보라고 하셨잖아요. 그래서 생각한 건데, 이런 건 어떨까요? 컴퓨터 게임 하면서 과자를 먹으려면 엄청 불편하잖아요. 폭풍 클릭을 해야 하는데 과자는 먹어야겠고, 과자 부스러기는 손에 자꾸 묻고. 그럴 때 과자를 대신 먹여주는 로봇을 발명하는 거예요. 또 목욕을 하면서 게임을 할 수 있게 방수 게임기를 만드는 것도 좋겠어요. 어때요, 끝내주죠?”

“에고… 내가 못 산다 못 살아~. 오늘부터 게임 일주일 금지!!”

글 : 김희정 과학칼럼니스트

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[실험] 엔진 없이 비탈길 오르는 바퀴

우리가 어딘가로 이동하기 위해 타는 자전거나 자동차, 비행기 등에는 모두 바퀴가 사용돼요. 바퀴는 6,000여 년 전 지금의 이라크 땅 수메르에서 만들어졌어요. 바퀴가 생기고 나서 물건을 옮기거나 여행하는 일이 훨씬 쉬워졌지요.

여기서 잠깐 바퀴의 모양을 살펴볼까요? 크기나 재질은 달라도 모든 바퀴의 모양은 ‘원’이에요. 어느 한 군데 모난 곳 없는 둥근 생김새 덕분에 앞으로 굴러가야하는 바퀴 모양으로는 제격이지요. 그런데 아무리 원 모양이어도 계속 굴러가기 위해서는 힘을 가해줘야 해요. 자동차에는 엔진이 있어 바퀴를 굴려 달릴 수 있답니다.

하지만 엔진 없이도 비탈길을 올라가는 바퀴를 만들 수 있어요. 바로 ‘무게중심’의 원리를 이용하면 말이죠!


[교과과정]
초 6-2 에너지와 도구
중 1 힘과 운동

[학습주제]







무게중심은 물체 각 부분에 작용하는 중력들이 모아지는 작용점을 말해요. 쉽게 설명하면 물체의 무게가 어느 쪽으로도 치우치지 않도록 공평하게 나눠주는 지점이지요. 무게중심과 떼려야 뗄 수 없는 사이가 있는데, 바로 중력이에요. 중력이 있어야 무게가 있고, 그래야 무게의 중심이 있겠지요?


무게중심은 아래에 있을수록 안정하답니다. 오뚝이는 아랫부분이 무겁게 만들어져 바닥과 가까운 곳에 무게중심이 위치하지요. 때문에 넘어져도 금방 균형을 되찾고 다시 일어나요. 실험에서 깔때기 모양의 종이 두 개의 입구 부분을 맞붙이면 깔때기가 마주 붙은 중심부가 무게중심이 돼요. 바퀴가 굴림대를 따라 올라가는 모습을 옆에서 보면 [그림]처럼 바퀴의 중심부가 점점 굴림대에 가까이 가는 것을 볼 수 있어요. 바퀴 자체는 언덕 위쪽으로 올라가지만, 바퀴의 무게중심은 바닥에 가까워져 가는 것이지요. 때문에 동력 없이도 자연스레 경사진 비탈길을 따라 올라가는 것처럼 보이는 거랍니다.


[그림]깔때기 두 개를 붙인 바퀴의 무게중심은 점점 비탈길 바닥에 가까워진다.

우리 눈에 보이는 모든 물체에는 무게중심이 있어요. 자동차, 항공기, 선박 등 우리가 이용하는 운송 수단도 무게중심을 고려해 설계됩니다. 항공기나 선박은 땅에서 달리는 교통수단보다 몸체의 균형이 대단히 중요해요. 선박은 큰 파도나 폭풍을 만나도 가라앉지 않도록 무게중심이 선박 밑에 위치하게 설계하지요. 무게중심이 잘못 만들어지면 치명적인 사고로 이어질 수 있어요.

바닷가에서도 무게중심을 찾을 수 있어요. 방파제에 가면 삐죽빼죽한 커다란 구조물들이 잔뜩 쌓여 있는 걸 볼 수 있지요. 이것은 4개의 뿔을 가진 ‘테트라포드’로, 파도나 해일을 막아 방파제를 보호하는 역할을 해요. 테트라포드의 뿔 4개를 연결하면 정사면체 구조가 되지요. 그런데 다양한 도형 중 왜 하필 정사면체 구조를 사용한 것일까요? 정사면체의 무게중심은 바닥에 있어요. 정다면체 중 정사면체의 무게중심이 가장 아래쪽에 위치하고 있어 안정적이기 때문이랍니다.

오리가 걸을 때의 모습을 자세히 살펴봐도 무게중심의 변화를 알 수 있어요. 오리가 뒤뚱거리며 걷는 모습은 날지 못 하는 새가 걷는 모습과 비슷하지요? 이들은 모두 머리를 앞뒤로 흔들며 아장아장 걷지요. 머리를 앞으로 움직이는 것은 몸통의 무게중심을 앞쪽으로 이동시키기 위해서랍니다.

그렇다면 사람은 왜 머리를 앞뒤로 움직이지 않고도 잘 걸을 수 있는 걸까요? 흔히 사람은 팔만 흔들며 걷는다고 생각하지만 실제로는 목, 어깨, 허리 등 거의 모든 관절을 사용해서 걸어요. 그래서 몸의 무게중심을 이동시키는 방법도 체형마다 다르고, 그에 따라 걸음걸이도 달라지는 거랍니다.

[다운로드 : 비탈길 오르는 바퀴 도면1]

[다운로드 : 비탈길 오르는 바퀴 도면2]

글 : 유기현 과학칼럼니스트

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