교육부 공식 블로그
생활 속 숨어있는 ‘신기한 과학원리’를 찾아서~ 본문
지난 9월 27, 28일 전국을 휩쓸고 지나간 강도 높은 태풍 볼라벤 기억하시지요? 그때 태풍에 대비해 베란다 유리창에 신문지와 테이프를 붙이신 분들 많으실 거예요. 특히 8월 13일 방송된 ‘위기탈출 넘버원’, 태풍의 위험성을 알리는 코너에서 신문지를 붙여 태풍으로부터 유리창을 보호하는 유용한 정보를 알려주었습니다. 젖은 신문지를 붙이면 유리창을 보호할 수 있고, 테이프를 붙이면 유리창 보호보다는 유리창 파편으로부터 보호하는 방법이라고 합니다.
태풍이 지난 다음 날 뉴스를 보니, 작년 태풍에 유리창이 깨진 경험이 있는 분들이 이번에는 태풍에 대비해 베란다 유리창에 신문지를 붙여서 유리창이 깨지지 않았다고 인터뷰하는 것을 보았습니다. 그런데 유리창에 젖은 신문지를 붙여서 거센 태풍을 막을 수 있다는 것이 신기하더군요. 어떤 과학적 원리가 있는 걸까? 이외에도 생활 속에 숨어있는 재미있고 신기한 과학원리 몇 가지를 살펴보았습니다. 조금만 관심 두고 둘러보면 우리가 생활하는 모든 것에 과학원리가 숨어있다는 사실을 그동안 왜 몰랐을까요?
태풍에 대비해 유리창에 젖은 신문지는 왜 붙이는 걸까요?
모든 물체에는 공명(울림)이라는 요소가 있는데, 공명은 진동에 의한 공명과 소리에 의한 공명이 있습니다. 태풍은 바람에 의한 진동과 소리의 공명이 둘 다 오게 됩니다. 바람에 창문이 흔들리면서 진동이 오게 되고 진동 때문에 소리가 울리게 됩니다. 유리는 고체이지요. 사람들은 보통 고체는 고정되어서 안 움직인다는 생각을 합니다.
그러나 고체도 탄력성(휘어지는 정도)이 있습니다. 그 탄력 정도가 낮을 뿐이지, 대부분 물체는 어느 정도 휘는 성질이 있습니다. 유리도 예외가 아닙니다. 이 탄력성과 공명의 관계는 매우 밀접한데 탄력이 적으면 충격에 약합니다. 공명은 물체의 진동을 유발하므로 탄력이 낮아지면 그 물체는 공명의 힘을 이기지 못해서 파손됩니다. 젖은 신문지는 바로 이 탄력과 공명을 잡아줍니다. 정확히는 젖은 신문지를 붙임으로써 유리창과 밀착되어 진동을 신문지가 일부 흡수한다고 볼 수 있습니다.
차가운 수박이 왜 더 맛있을까요?
이번 여름에 시원한 수박 많이 드셨지요? 수박을 사서 바로 먹는 것보다 냉장고에 넣은 후에 꺼내서 먹으면 시원한 게 더 달고 맛있는 거 같아요. 왜 시원한 수박이 더 달고 맛있을까요?
수박이 맛있다는 것은 수박이 달다는 말이지요. 단맛을 내는 것은 설탕입니다. 설탕은 다당류로 소화과정에서 분해되어 포도당과 과당으로 변합니다. 그런데 설탕과 포도당 그리고 과당의 단맛에는 조금씩 차이가 있어요. 과당이 제일 달고, 그다음이 설탕이고, 포도당은 단맛이 가장 떨어집니다. 그러므로 과당이 많을수록 과일의 맛이 달게 느껴지는 것이지요.
과일 속에는 과당이 들어있어요. 과당에는 알파형과 베타형이 있는데 베타형이 알파형보다 3배쯤 더 달다고 합니다. 온도가 낮아지면 과일 속 과당의 알파형은 베타형으로 바뀌게 되는데, 이것이 적당히 차가워진 과일이 일반적으로 더 단 이유입니다. 하지만 과일을 너무 차게 하면 혀의 감각세포가 둔해져 오히려 단맛을 느끼지 못합니다.
졸릴 때 왜 눈을 비비게 될까요?
아이들이 눈을 비비면 졸린다는 표시입니다. 졸리면 왜 눈을 비비게 되는 걸까요?
졸리기 시작하면 손과 발이 따뜻해져 옵니다. 이는 혈액을 손과 발의 피부 표면 가까이 집결시켜 혈액 속의 열이 방출되고 체온을 떨어뜨리는 작용이 일어나기 때문입니다. 결국, 잠을 자고 있을 때는 남아 있는 에너지를 사용하지 않도록 체온을 저하해 대사를 억제할 필요가 있기 때문에 일시적으로 손과 발이 따뜻해지는 것이지요.
이렇게 혈액이 피부에 집결하는 현상이 눈 주변에서 일어나면 눈물샘 조직의 활동이 둔화하고 눈물의 생산량이 감소합니다. 그래서 눈을 자주 깜박이게 되고 자꾸 비비고 싶어집니다. 바로 지금은 자야 할 때라는 것을 알려주는 신체의 신호입니다.
추우면 왜 몸이 덜덜 떨까요?
날씨가 추워지면 사람들은 추위에 반응하는 갖가지 신체적 변화가 있습니다. 소변이 자주 마렵다거나 코가 빨개지는 등 개인마다 차이가 있는데요, 그 중 대표적인 것이 몸이 떨리는 거예요. 입술도 떨리고, 턱이 덜덜 떨리고, 다리도 떨리고, 온몸을 유난스레 떠는 떨림까지 다양합니다. 왜 이런 떨림이 나타나는 걸까요?
사람은 약 36.5도의 일정한 체온을 유지하기 위해 체내에서 열을 발생시킵니다. 이 열의 일부는 체온을 유지하는 데 사용하고, 나머지 일부는 피부 표면을 통해 방출되지요. 우리가 쾌적함을 느낄 때에는 체내에서 생성되는 열과 표면에서 방출되는 열의 양이 같을 때입니다. 즉 추위를 느낄 정도라면 체내에서 생성되는 열보다 방출되는 열이 많을 때라는 것이지요.
체온이 정상보다 낮아지면 인체 내부는 몸이 느끼는 추위를 몰아내기 위해 열을 발생시키거나 열 방출량을 최소화하는 작업에 들어갑니다. 체온조절은 간뇌의 시상하부가 담당하는데, 낮아진 온도를 피부감각 점이 느끼면 간뇌의 시상하부는 뇌하수체 전엽을 자극합니다. 뇌하수체 전엽은 부신피질자극호르몬과 갑상선자극호르몬을 분비해 부신피질에서는 당질코르티코이드를, 갑상샘에서는 티록신을 분비하게 합니다. 당질코르티코이드와 티록신은 간과 근육에 작용해 물질대사를 촉진하여 열 발생량을 증가시키는 물질입니다. 이들은 골격근을 수축해 인체의 ‘전율’을 주도함으로써 열 발생량을 증가시킵니다.
이 밖에도 열의 방출을 감소시키기 위한 작업으로 피부와 피부혈관이 수축하고 털이 곧게 서게 됩니다. 추울 때 노출 면적을 감소시키기 위해 웅크리는 것도 추위에 대응하기 위한 하나의 행동입니다. 무의식적인 근육 운동과 떨림은 평상시의 4배까지 열을 생산할 수 있습니다. 즉 떨림을 이용해 체온을 높이는 것은 추위를 이겨내기 위한 너무나 자연스러운 대응이지요.
자동문에 접근하면 어떻게 문이 열리는 걸까요?
예전에는 백화점이나 큰 상점에만 있던 자동문이 요즘에는 많이 보편화하였습니다. 주변에서 자동문을 자주 볼 수 있고 그만큼 생활이 편리해졌습니다. 양손에 무거운 물건을 들고 힘들게 문을 열지 않아도 저절로 열리는 문이 이렇게 고마울 수가요! 우리가 편리하게 사용하는 자동문은 어떤 원리로 문이 저절로 열리게 되는 걸까요?
이것은 과학자들의 오랜 연구 결과라고 합니다. 세슘이나 루비듐, 나트륨, 칼륨 등의 금속은 빛을 받으면 전자를 방출합니다. 전자는 마이너스에 대전한 조그만 소립자이지요. 이들 금속 곁에 플러스에 대전한 전극을 두면 전자가 이에 끌려 전류가 흐르게 됩니다. 물론 그 전류는 아주 미미합니다. 이러한 짜임새를 그대로 진공의 구 속안에서 조립한 것을 ‘광전관’이라고 합니다.
광전관의 절반은 빛을 느낄 줄 아는 물질에 덮여 있고 다른 절반은 투명하게 되어 있어요. 외부에서 빛이 들어오면 빛을 느끼는 부분에 닿아 전류가 흐르게 됩니다. 그리고 이 전류는 광전관의 중심부에 있는 소용돌이 모양을 한 구리의 양극으로 흐릅니다. 양극은 전자를 효율적으로 끌어들이는 구조입니다.
여기서 흐르는 전류는 아주 미약하지만 증폭기를 사용하여 증폭시키면 문의 모터에 신호를 보낼 수는 있습니다. 빛의 광원은 통로 한쪽 옆면에 세트하고 이를 마주 보는 반대쪽 벽에 광전관을 놓고 빛이 통로를 직각으로 가로질러 가도록 하면, 광원에서 나온 빛이 광전관에 가 있을 동안은 문이 닫혀있도록 하는 것은 간단합니다. 만일 누군가 걸어와 이 빛의 광원을 막으면 광전관의 명령으로 문의 모터가 시동 되어 저절로 문이 열리게 됩니다. 요즘은 세슘 광전관이 아니라 셀레늄화 카드뮴 등을 이용한 광센서가 많이 사용되고 있다고 합니다.
태양열을 이용하여 냉방장치도 될까요?
태양열을 이용하여 난방하는 경우는 많이 보았는데, 냉방장치는 아직 생소한 듯합니다. 태양열을 이용한 냉방장치는 선진국에서는 개발되어 유럽 각지에서 조금씩 사용되고 있다고 합니다. 우리나라도 아직은 미미하지만 실행되는 곳이 있다고 알고 있습니다. 그러나 아직은 전 세계적으로 초기 단계라고 볼 수 있습니다. 하지만 앞으로 개발되어 유용하게 쓰일 수 있다면 에너지 절약과 녹색환경에 절대적으로 공헌할 수 있는 분야라고 생각합니다.
태양열 냉방은 여러 가지 방식으로 이루어지는데 그중에서 습기를 제거하는 실리카젤을 이용한 방법을 소개하겠습니다. 이 장치는 물이 증발할 때 주위에서 열을 빼앗고 그 결과 주위의 온도를 낮추는 원리를 이용한 것입니다. 실내로 들어오는 공기는 먼저 실리카젤을 통과하면서 습기가 제거되어 건조해집니다. 그 후 이 공기에 가는 물방울이 뿌려지는데, 건조한 공기와 만난 물방울은 증발하고 이 때문에 실내로 들어오는 공기가 차가워집니다. 실리카젤은 어느 정도 습기를 빨아들이면 더는 작용하지 않는데, 이때 열을 가해서 습기를 제거해두면 그 기능이 다시 살아납니다. 태양열은 습기를 잔뜩 품은 실리카젤을 가열해서 재생시켜주는 역할을 합니다.
태양열 냉방 장치는 현재 널리 사용되는 에어컨에 비해서 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 에어컨은 실내의 공기를 폐쇄 상태에서 순환시키면서 냉각하기 때문에 환기가 잘 이루어지지 않지만, 태양열을 이용하면 신선한 공기가 계속해서 들어오기 때문에 환기 걱정을 할 필요가 없습니다. 또한, 에어컨의 냉매로 이용되는 프레온 가스가 대기로 방출되면 지구 온난화와 오존층 파괴가 일어나지만, 태양열 냉방은 환경을 해칠 염려도 없고, 오히려 에너지절약과 전기세감면에 큰 도움이 될 것입니다.
우리의 생활 속에 숨어있는 과학의 원리, 과학은 바로 우리가 먹고 마시고 사는 아주 가까운 곳에서 함께하고 있습니다. 과학의 발달로 더 살기 좋은 세상이 되어가고 앞으로도 우리는 더욱 많은 것을 누리고 살 수 있을 것 같습니다. 주변을 둘러보세요. 숨은그림찾기처럼 숨은 과학 찾기도 참 재미있습니다.
'~2016년 교육부 이야기 > 신기한 과학세계' 카테고리의 다른 글
| 인간과 함께 진화하는 휴머노이드 로봇 (2) | 2012.09.19 |
|---|---|
| 드넓은 우주에 과연 ‘제2의 지구’가 있을까? (1) | 2012.09.16 |
| 인공위성의 높이를 알면 속도를 알 수 있다? (3) | 2012.09.09 |
| CO2 잡는 기술? 이산화탄소 포집 및 저장 기술! (7) | 2012.09.08 |
| 죽음도 불사한 달나라의 열망 ‘유진 슈메이커’ (0) | 2012.09.02 |
