서울市立科學團 SEOUL SCIENCE CENTER

電氣 에너지는 電氣가 가지고 있는 에너지를 말해요. 扇風機, 다리미 等 電氣 製品을 作動시킬 수 있는 에너지입니다. 이러한 電氣 器具는 코드를 콘센트에 꽂기만 하면 언제든 使用할 수 있어요. 卽 壁에 붙어 있는 콘센트를 통해 電氣 에너지가 電氣 器具에 供給된다는 것을 알 수 있는데요. 그럼 콘센트에서는 어떻게 電氣 에너지가 나오는 걸까요?

우리가 使用하는 電氣 에너지는 水力·火力·原子力 等의 發電所에서 만들어진 後 超高壓 變電所를 거쳐 1次 變電所, 2次 變電所로 移動하며 電壓이 낮아지고 變壓器를 통해 適切한 電壓으로 바뀌어 家庭이나 工場으로 보내집니다. 水力 發電所에서는 높은 곳에 있는 물을 떨어뜨려 發電機의 터빈을 돌려서 電氣 에너지를 얻습니다. 火力 發電所에서는 石炭, 石油, 天然가스 等의 燃料를 태울 때 얻어지는 熱로 물을 끓여 蒸氣를 發生시키고 이 蒸氣의 壓力으로 發電機의 터빈을 돌려 電氣 에너지를 얻습니다. 原子力 發電所에서는 核分裂 反應에서 얻어지는 熱로 물을 끓인 後, 이때 나오는 蒸氣의 壓力으로 發電機의 터빈을 돌려 電氣 에너지를 얻습니다.

이렇게 電氣를 만드는 發展 方法들을 보면 各各 問題點을 안고 있어요. 于先 가장 많은 電氣를 生産하는 火力 發展은 發電所를 세우는 費用이 적게 들고 여러 곳에 세울 수 있어 家庭까지 到達하는 距離가 짧은 代身, 煤煙이나 水質 汚染 等의 公害가 深刻하게 發生해요. 原子力 發展은 燃料費가 적게 드는 代身 建設하는 데 時間이 오래 걸리고 放射能의 危險이 도사리고 있어요. 水力 發展은 公害도 없고 燃料費도 거의 들지 않지만 建設費가 많이 들고 알맞은 位置를 定하기가 어렵다는 短點이 있어요. 그래서 요즘에는 이러한 發展 方式 以外에 公害가 없는 發展 方式들을 硏究하고 있습니다. 그中 代表的인 것이 太陽 에너지를 모아 그 熱로 蒸氣를 만들어 터빈을 돌리는 太陽熱 發展이지요. 또한 바람을 利用하는 風力 發展이나 밀물과 썰물의 差異를 利用한 潮力 發電, 땅속의 뜨거운 熱을 利用한 地熱 發展 等도 硏究하고 있어요.

脫水機가 어디에 使用될까요?
脫水機는 우리가 더러운 옷을 빨래를 하고 난 後 洗濯物의 水分을 效果的으로 除去하는 家電製品이에요.
그럼 脫水機의 原理가 무엇일까요? 바로 遠心力 때문인데 遠心力이란 圓運動과 같이 固定된 한 點의 둘레를 運動하는 物體가 바깥쪽을 向해 中心으로부터 멀어지려고 하는 힘을 말해요. (事實 遠心力이란 實際 하는 힘은 아니고 中心을 向한 힘인 求心力을 받는 物體가 그 힘을 잃었을 때 運動하는 圓의 接線 方向으로 날아가기 때문에 遠心力이란 이름이 붙여졌어요.)

洗濯物을 구멍이 많이 뚫린 金屬製 容器에 넣고 모터로 每分 1,000-3,000回 회전시키면 衣服에 배어 있던 水分이 强한 遠心力에 依해 四方으로 튕겨져 나가면서 效果的으로 脫水가 되어요. 그리고 脫水機를 使用하면 脫水 效果가 뛰어날 뿐만 아니라 옷매무새가 나빠지는 일이 적어 纖維의 損傷을 막을 수 있어요. 雪糖의 決定을 分離할 때, 牛乳에서 地方을 빼낼 때, 血液에서 血漿을 分離해 낼 때, 주스의 厄을 맑게 할 때 等에 使用하는 遠心分離器度 遠心力을 利用한 例랍니다.

冷藏庫, 洗濯機, 컴퓨터처럼 電氣를 利用한 家電製品을 보면 大部分 電線으로 連結되어 있는 걸 볼 수 있어요. 이 戰線은 電氣가 흘러가는 通路인데, 마치 水道물이 흘러가는 水道管과 같아요. 이렇게 우리가 主로 使用하는 電氣는 물처럼 흐르는 電氣인 ‘電流’에요. 電流 現象을 처음 밝혀낸 사람은 볼타랍니다. 볼타는 銀板과 亞鉛板을 알칼리 溶液에 적신 솜으로 連結하여 世界 最初의 電池를 만들었어요.
電氣를 잘 통하는 金屬처럼 다른 物體도 電氣가 잘 흐를까요?
볼타가 電池를 만들 때 使用한 銀, 亞鉛과 같은 金屬은 電氣가 잘 통하지만, 그렇지 않은 物質도 많아요. 金屬과 같이 電氣가 잘 통하는 物質을 ‘導體’라고 하고, 종이, 나무, 고무, 琉璃와 같이 電氣가 잘 통하지 않는 物質은 ‘不導體’라고 합니다. 한便, 電氣가 통하는 性質이 中間 程度 되는 物質도 있는데 이것을 半導體라고 해요. 平素에는 不導體로 있다가 熱이 나 빛을 加하면 導體가 되는 神奇한 物質이지요. 半導體에 많이 쓰이는 材料는 실리콘이에요.

半導體는 낮은 溫度에서는 電氣가 잘 통하지 않으나 높은 溫度에서는 電氣가 잘 통한답니다.
半導體는 電子製品에 重要한 部品으로 使用됩니다. 때문에 ‘魔法의 돌’이라 부르기도 하지요. 그뿐만 아니라 컴퓨터, 로봇, 飛行機, 自動車를 비롯하여 家庭用 電氣 器具 等에 半導體가 쓰이지 않는 곳이 없을 程度예요. 그래서 半導體를 흔히 '産業의 쌀'이라고 부르기도 합니다.

物體가 움직이다가 멈추는 理由는 무엇일까요? 바로 摩擦力 때문입니다. 摩擦力이란 한 物體가 다른 物體와 接觸한 狀態에서 움직이려고 하거나 움직일 때, 그 物體의 움직임을 妨害하는 힘이에요. 摩擦力은 서로 닿는 面의 넓이와 매끄러운 程度 等에 影響을 받아요.

공이 바닥을 굴러갈 때도 摩擦力이 發生하는데, 摩擦力 때문에 공은 다시 힘을 加하지 않으면 繼續 굴러가지 못하고 멈추게 됩니다. 바닥이 거칠수록 摩擦力은 커지고, 바닥이 매끄러울수록 摩擦力은 작아집니다. 例를 들어, 신발을 신고 길을 걸을 때에는 큰 不便함이 없지만 인라인스케이트를 신고 걷는 것이 어려운 理由도 바로 인라인스케이트가 신발보다 接觸한 面의 넓이가 훨씬 더 좁기 때문이에요. 얼음 위에서 걷기 힘든 것도 바로 摩擦力 때문이지요. 얼음의 반질반질한 面은 울퉁불퉁한 길보다 摩擦力이 작기 때문에 쉽게 미끄러진답니다. 또한 摩擦力은 物體가 무거울수록 커져요.

萬若 摩擦力이 없어진다면 어떻게 될까요? 그렇게 되면 사람들은 걷지 못하고 제자리걸음만 하게 될 거예요. 그리고 自動車나 自轉車를 打倒 바퀴가 헛돌아 앞으로 나아갈 수 없지요. 또 物件을 붙잡을 수도 없어요. 손에서 미끄러져 떨어질 테니까 말이에요. 아울러 바이올린이나 첼로같이 縣과 활의 摩擦로 소리가 나는 絃樂器는 소리가 나지 않겠죠? 무엇보다 한 番 움직인 物體는 決코 멈추지 않을 거예요.

어느 누구도 바람 그 自體를 볼 수는 없어요. 그러나 바람을 느낄 수는 있지요. 왜냐하면 바람은 보트를 움직이게 하고, 나뭇가지를 흔들며, 뜨거운 여름날 우리의 얼굴을 시원하게 식혀 주기 때문이에요.

찬 바람이 몰아칠 때 窓門이 살짝 열려 있으면 바람이 쌩쌩 소리를 내며 들어오는데 활짝 열어 젖힌 門으로 들어오는 바람보다 훨씬 더 차갑게 느껴져요. 이것은 바깥의 넓은 空間에서 좁은 窓門 틈을 지나면서 안쪽과 바깥쪽 사이의 空氣 速度 差異가 커지고 壓力의 差異가 커져서 房 안으로 찬 空氣가 빠르게 들어오기 때문이에요. 그래서 ‘바늘 구멍에 황소바람 들어간다’라는 말이 있어요. 바람이 많이 부는 날 門이 열려 있을 때 門이 저절로 세게 닫히는 境遇가 있어요. 門이 닫히기 始作하면 門 틈이 漸漸 좁아져 空氣의 速度가 빨라지고 壓力의 差異가 심해져 더욱 門이 닫히는 쪽으로 空氣가 흐르게 되어 큰 소리를 내며 門이 닫히게 되요. 빨리 달리는 車에 앉아서 窓門을 열면 休紙나 비닐封紙가 날아다니다 結局 바깥으로 脫出하는 것도 이러한 原理에요. 이렇게 눈에 보이진 않지만 바람에게도 힘이 있어요. 가벼운 休紙나 비닐封紙뿐 아니라 나무나 집을 들어올릴 수 있고, 바위를 깎아내기도 해요.

正六面體는 크기가 같은 正四角形 模樣의 面 6個로 둘러싸인 圖形을 말해요. 우리 周邊에서 正六面體를 흔히 찾아볼 수 있는데 그中 代表的인 것이 우리가 使用하는 주사위예요.

正六面體 模樣의 블록에는 面, 모서리, 꼭짓點이 몇 個일까요? 正六面體는 直六面體와 마찬가지로 面, 모서리, 꼭짓點으로 構成되어 있어요. 그뿐만 아니라 直六面體와 面, 모서리, 꼭짓點의 個數가 모두 같아요.

수박은 元來 공 模樣이에요. 그런데 正六面體 模樣의 수박도 있다고요?
平凡한 수박을 크기가 작을 때 正六面體 模樣의 틀을 씌워 正六面體 模樣으로 자라게 한 것이에요.
正六面體 模樣의 수박은 運搬할 때 굴러 떨어질 危險이 없고 차곡차곡 쌓을 수 있어 保管이 便하답니다.
하지만 栽培 過程이 번거로워 우리가 흔히 볼 수 있는 건 아니지요.

우린 아침마다 壁에 걸린 거울을 보며 學校 갈 準備를 하지요. 齒科用 거울이나 슈퍼마켓의 모서리 거울, 自動車의 백미러는 어떤가요. 모두 우리가 直接 볼 수 없는 部分을 잘 비춰 보는 데 쓰입니다.

그렇다면 거울로 物體를 볼 수 있는 理由는 무엇일까요? 거울에 依한 像을 볼 수 있는 것은 物體에서 나온 빛이 거울에서 反射되어 우리 눈에 들어오기 때문이에요. 옛날에는 銀이나 靑銅의 表面을 매끈하게 갈아 光을 내서 썼는데요. 오늘날의 거울은 表面이 반들반들한 板琉璃의 뒷面에 水銀을 漆하고, 그 위에 濕氣를 막기 위하여 演壇을 漆한 것이에요. 物理 實驗에 쓰는 거울은 琉璃 表面을 銀으로 鍍金한 것이 많아요.

우리가 平素에 使用하는 거울은 大部分 平面거울이에요. 平面거울은 있는 모습 그대로 비춰 주죠. 하지만 거울의 種類에 따라 物體의 모습이 조금씩 다르게 비치기도 해요. 거울은 平面거울 外에도 오목 거울과 볼록 거울이 있어요.
오목 거울은 말 그대로 거울이 안쪽으로 둥그렇게 들어가 있어요. 가까이 있는 物體를 크게 보이게 하지요. 그래서 面刀用 거울이나 化粧用 거울, 손電燈이나 顯微鏡의 反射鏡으로 使用된답니다.
볼록 거울은 거울이 살짝 밖으로 둥그스름하게 나와 있어요. 가까이 있는 物體를 작게 보이게 하지요. 그래서 볼록 거울은 物體를 작게 보이게 해서 눈으로 볼 수 있는 視野를 넓게 해 주는 盜難 防止用 거울이나 自動車의 後面頃 等으로 便利하게 쓰인답니다.

사랑을 告白하는 빨간 薔薇, 싱그러운 草綠의 나뭇잎, 파란 하늘, 노란 병아리 等 같은 햇빛을 받아도 왜 서로의 色깔은 다른 걸까요? 옛날 사람들은 物體마다 自身의 固有한 色깔을 가지고 있기 때문이라고 했어요. 하지만 뉴턴이 빛은 여러 가지 色깔이 混合된 것이라는 것을 밝힌 以後로 사람들의 생각은 바뀌었답니다. 色깔은 物體가 가지고 있는 것이 아니라 바로 빛으로 인해 나타나는 거라고.

우리가 薔薇를 볼 수 있는 理由는 빛이 反射되기 때문이라고 했는데요. 萬若 薔薇가 햇빛을 모두 反射했다면 흰色, 모두 吸收하였다면 우리 눈에 아무 빛도 들어오지 않으니까 검은色으로 나타날 거예요.
그런데 햇빛을 받아 薔薇가 빨간色으로 보이는 理由는 뭘까요? 그건, 薔薇가 햇빛을 이루는 다른 色깔의 빛은 모두 吸收하고 빨간빛만 反射했기 때문이랍니다. 이처럼 草綠의 나뭇잎은 햇빛을 받아 草綠色을 主로 反射하고, 노란 병아리 털은 主로 노란色을 反射하여 눈으로 보내는 거지요. 그래서 우리는 다양한 色깔을 가진 物體가 있다고 느끼는 거랍니다.

하지만 實際로 빨간 薔薇가 完璧하게 빨간色만 反射하는 것이 아니기 때문에 다른 色깔의 照明을 받으면 完全히 검은色이 되진 않아요. 그리고 빨간 薔薇도 햇빛이 아닌 白熱燈, 螢光燈, 네온등과 같이 다른 照明을 받으면 다른 느낌의 色깔로 變해요. 그래서 옷 가게의 人工照明, 精肉店 陳列臺의 붉은빛 照明은 事物의 固有한 色깔보다 더 나은 느낌의 色을 誘導하기 위한 手段이 되는 거지요. 이렇게 다양한 色깔은 그 物體가 自身의 固有한 色깔 빛은 反射하고 다른 色깔 빛은 吸收하기 때문에 나타난다고 할 수 있어요.

내가 슈퍼마켓에 가는 길 父母님이 슈퍼마켓에 가는 길이 或是 같은가요? 슈퍼마켓에 바로 갈 수 있는 길도 있고, 製菓店이나 文具店을 들렀다가 가는 길도 있어요. 우리 親舊들은 어떤 길을 통해 슈퍼마켓에 갈 수 있을지 생각해봐요. 다른 곳을 들렀다 가는 길, 第一 먼 길, 가까운 길, 구불구불한 길, 어려운 길. 다양한 길이 나오지 않나요? 이처럼 같은 目的地라도 다양한 方法으로 길을 찾을 수 있어요. 父母님이 어떤 目的地에 가기 위해 내비게이션이나 携帶폰으로 檢索하는 것을 본 적 있을 거예요. 檢索結果를 보면 目的地는 같지만 다양한 方法이 나와요. 이렇게 어떤 일이 일어날 수 있는 境遇의 가짓數를 境遇의 數라고 불러요. 다양한 事物을 利用하여 몇 가지 境遇의 길을 만들 수 있을지 體驗해봅시다.

땅속에는 무엇이 있을까요? 우리가 使用하는 물, 電氣, 가스 等이 移動하는 施設들이 묻혀있어요. 그리고 地下商街, 地下鐵 等 多樣한 地下 構造物이 있어요. 땅속에서는 쥐, 두더지, 지렁이 等 多樣한 生物들이 살고 있기도 하고 옛날에 使用했던 物件들이 發見되기도 해요.
왜 地下에 있을까요? 電氣는 땅 속에 묻혀 있으면 비바람으로부터 保護 받을 수 있고 地下駐車場은 땅 속에 自動車를 세울 空間을 만들어 땅 위 空間活用度를 높여줘요. 地下鐵은 列車가 땅속으로 지나가게 해서 땅 위의 騷音을 줄이고, 交通을 圓滑하게 하는 效果가 있어요. 地下鐵을 利用하면 乘用車를 利用할 때 보다 公害가 적고, 時間을 잘 지킬 수 있어서 우리나라의 大都市에는 地下鐵이 運行되고 있답니다. 地下鐵은 自動車처럼 길에서 막히는 일이 없이 定해진 時間表대로 움직이기 때문에 가고 싶은 곳까지 時間에 맞춰 갈 수 있어요.

소리는 어떻게 생겨날까요? 소리는 物體가 떨릴 때 생겨요. 바이올린을 켜면 아름다운 소리가 들리죠? 이것은 바이올린의 줄이 떨리기 때문에 나는 거예요. 그럼 목소리는 어떨까요? 목에 있는 成大(목청)의 떨림에 依해서 소리가 만들어집니다. ‘아아아’ 소리를 내면서 목에 손을 대보면 떨리는 것을 느낄 수 있지요. 이렇게 物體가 떨리는 現象을 ‘振動’이라고 해요.

소리는 어떻게 傳達될까요? 物體가 떨려서 만들어진 소리를 우리는 어떻게 들을 수 있을까요? 먼저 소리를 들을 수 있는 귀가 있어야 해요. 그리고 소리를 傳達해 줄 수 있는 空氣가 있어야 해요. 空氣가 없는 眞空 狀態에서는 아무리 高喊을 쳐도 소리가 들리지 않아요. 그럼 空氣가 소리를 어떻게 傳達하는지 알아볼까요? 소리굽쇠를 두드리면 소리굽쇠가 振動을 하게 돼요. 소리굽쇠의 振動은 周圍의 空氣를 진동시키고, 振動된 空氣는 옆의 空氣를 진동시키고, 옆의 空氣는 또 그 옆의 空氣를 진동시켜요. 이렇게 空氣는 도미노처럼 振動을 傳達하여, 鼓膜까지 떨리게 해 우리 귀까지 소리가 傳達된답니다.

두 귀에 들리는 時間 差異와 소리의 세기 差異를 感知하여 音源의 位置를 把握할 수 있어요. 物體가 앞쪽으로 올수록 왼쪽과 오른쪽 귀에 到達하는 소리의 時間 差異는 줄어들고, 同時에 소리가 들린다면 그 物體는 正面에 있는 것이지요. 귀가 두 個이기 때문에 소리가 나는 곳을 잘 把握할 수 있겠죠?

地球上에 살고 있는 動物 種類의 數는 只今까지 알려진 動物은 約 170萬 種이라고 해요. 그러나 아직 알려지지 않은 動物이 더 많습니다. 約 500萬~3000萬 種의 動物이 地球上에 살고 있을 것으로 斟酌하고 있어요. 그런데 이런 動物들이 앞으로 20~30年 안에 이 動物 中에서 1/4 程度가 地球上에서 完全히 사라질 수도 있다고 해요. 그 까닭은 地球 溫暖化와 環境汚染 等으로 動物의 棲息地가 줄어들고 있기 때문이에요. 그리고 土種 動物이 다른 나라에서 들어온 動物과 벌이는 生存 競爭에서 밀려나 사라지는 境遇도 있기 때문이지요.

오늘날에는 動物이 滅種하는 것을 막기 위하여 世界 여러 나라에서 많은 努力을 하고 있어요. 各 나라는 漸漸 줄어드는 動物을 ‘滅種 危機 種’으로 指定하여 保護하기도 해요. 그렇다면 滅種 危機의 動物을 保護하는 가장 좋은 方法은 무엇일까요? 그것은 바로 우리가 動物에게 關心을 가지고 動物을 보살피며, 環境을 함부로 破壞하지 않고 깨끗하게 維持하는 것입니다.

水質 汚染으로 인한 먹이의 不足, 河川의 改良 工事로 인한 棲息地 破壞, 動物로부터 가죽을 얻기 위한 無分別한 捕獲 等으로 只今 이 瞬間에도 수많은 動物들이 삶의 터전을 잃어가고 있어요. 더 늦기 前에 滅種 危機 動物들을 保護하는 것은 勿論, 함께 아름답게 共存할 수 있는 方法을 찾아야 하지 않을까요?

빛이 없다면 우리 生活은 어떻게 달라질까요? 또 빛이 있을 때에만 만들어지는 그림자는 빛의 어떤 性質 때문에 생기는 것일까요?
그림자는 物體가 빛을 가려서 그 物體의 뒤로 생기는 그늘을 말해요.
그림자가 생기는 까닭은 빛이 光源으로부터 四方으로 곧게 퍼져 나가기 때문이에요. 빛이 나아가는 中間에 不透明한 物體가 놓이면 빛은 物體에 막혀 더 以上 나아가지 못하게 돼요. 不透明한 物體 뒤에는 빛이 가지 못해서 그림자가 생기는 것이지요.

그림자가 어느 方向에 어떤 模樣과 크기로 생길지를 決定하는 것도 바로 ‘빛’입니다. 빛을 어느 方向에서 비춰 주느냐에 따라 조금씩 다른 模樣의 그림자가 생긴답니다.

빛은 곧바로 나아가는 性質이 있습니다. 깜깜한 밤에 携帶用 電燈을 켜 보세요. 빛이 어떻게 나아가나요? 맞아요. 一直線으로 곧장 나갑니다. 구불거리거나 하지는 않아요. 이것을 ‘빛의 直進性’이라고 합니다. 이런 빛의 直進性을 利用하면 그림자가 어떤 模樣으로 생길지를 미리 알 수 있답니다.

都市를 한番 둘러볼까요? 都市와 都市, 또는 都市와 村落을 連結해 주는 驛 周邊 道路에는 自動車들이 精神없이 오가고 있어요. 市內 中心街에는 市廳, 百貨店, 劇場 等 여러 施設이 모여 있고, 사람들은 높디높은 아파트에 모여 살며, 저마다 다른 職場에 다니고 있지요. 正말이지 都市엔 사람도 自動車도 建物도 職業의 種類도 모든 것이 무척 많아요.

都市는 어떻게 만들어졌을까요? 都市는 人口가 集中되고 經濟, 行政, 文化, 交通이 發達한 곳을 말해요. 어떤 地域이 都市로 發達하게 될까요? 옛날의 都市들은 큰 江 周邊의 平野 地域에서 많이 發達했어요. 江 周邊은 交通이 便利하고 물이 豐富해 사람이 모여 살기 좋았기 때문이에요. 또 農事가 잘 되는 肥沃한 江 周邊의 平野엔 쓰고 남는 物件을 팔기 위한 市場도 많이 생겼고, 市場을 中心으로 사람들이 많이 모여서 都市가 커졌어요.

都市에 많은 사람이 모이면 사람들이 要求하는 것도 늘어나고, 사람들의 必要에 따라 다양한 施設들이 생기죠. 또한 이렇게 便利하고 다양한 施設들 때문에 더욱 많은 사람이 都市에 모여들게 된답니다. 많은 施設이 都市에 모여 있어서 生活은 便利하지요. 하지만 많은 사람들이 모여 生活하기 때문에 여러 가지 問題들도 생기고 있어요. 煤煙과 生活下水 때문에 생기는 環境 問題, 넘쳐나는 쓰레기 問題, 自動車가 너무 많아 생기는 交通 問題, 사람 數에 비해 不足한 집 때문에 생기는 住宅 問題 等 都市 問題는 한두 가지가 아니랍니다.