지식의 두루마리

 달달한 디저트로 안성맞춤인 초코머핀을 만들 시간입니다. 머핀은 미국식과 영국식이 있습니다. 빠르게 먹을 수 있는 제과의 종류인 미국식과 이스트를 넣고 얇게 만든 식사용인 영국식이 있는데요. 한국에서는 미국식으로 된 제과를 머핀이라고 보통 부르고 있습니다. 제과기능사에서 초코머핀은 일정한 개수를 만들어 제출하는 것으로 시험이 구성되어 있습니다. 다른 종목에 비해서 어렵지 않아서 학원에 등록을 할 경우에도 초반에 배우는 경우가 많은데요. 어떻게 만들수 있는지 실기 연습을 해보도록 하겠습니다. 초코머핀 만들기 기존에 만들었던 초코롤과 파운드 케이크와 달리 초코머핀은 나누어 먹기 좋을 정도의 수량을 가지고 있습니다. 선물을 하기 좋고 여러명에게 나눠주기 쉬운 낱개로 만들기 때문인데요. 완성품을 온전히 유지할 수 있으니 나쁘지 않을 것 같습니다. 초코컵케이크 재료 박력분: 500g 설탕: 300g 버터: 300g 달걀: 300g 소금: 5(4)g 베이킹소다: 2g 베이킹파우더: 8g 코코아파우더: 60g 물: 175(174)g 탈지분유: 30g 초코칩: 180g 앞의 재료들과 다르게 두개의 숫자가 써있는 소금과 물이 있습니다. 어떻게 해야 할까요? 앞에 있는 숫자로 하되 2g 단위로 측정되는 저울을 사용할 경우에는 ( )에 있는 숫자로 계량을 하면 됩니다. 시험장에서는 감독관의 설명이 있으니 걱정하라 필요없이 시험 연습을 하면됩니다. 요구사항 재료를 계량하여 나열하기 (11개) 반죽은 크림법을 합니다. 반죽온도 24도로 합니다. 초코칩은 골고루 분포되어야 합니다. 반죽분할은 팬에 알맞게 합니다. 반죽은 전량 사용합니다. * 감독관의 요구에 맞게 팬에 맞는 초코머핀 갯수를 정합니다. 재료의 갯수가 많습니다. 11개나 되기 때문에 가져온 재료와 사용할 재료를 작업대에 올려놓으면 정신없을 수 있으니 안쓰는 재료는 최대한 선반 아래와 별도의 공간에 놔두는 것이 좋습니다. 계량시간이 넉넉한 편이니 서두를 필요없이 천천히 무게를 맞추고 준비합니다. 재료 계량이 끝나면 오...

폭씬한 케이크가 아닌 단단한 식감으로 먹을 수 있는 파운드케이크를 만들어 볼 시간입니다. 제과기능사 실기에서 어렵지 않은 품목으로 만나 볼 수 있습니다. 한 조각만 먹어도 든든한 포만감을 주고 보관이 어려운 것도 아니라서 선물을 하기에도 좋은 편입니다. 기본적인 파운드케이크는 밀가루, 설탕, 버터, 계란의 양을 1파운드씩 넣고 다른 재료를 첨가하여 만들게 됩니다. 그런데 너무 퍽퍽하고 묵직하여 실제 판매되는 제과는 배합을 바꿔 좀 더 부드럽게 만듭니다. 제과기능사 실기에서도 파운드케이크는 밀가루의 양을 조금 더 늘려 만들어야 합니다. 파운드 케이크 요구사항 다른 제과기능사 시험과 마찬가지로 파운드 케이크도 요구하는 공정으로 제조를 해야 합니다. 시험지에 나와있는 방법대로 감독관이 설명을 해주기 때문에 연습을 할 때에도 이를 명심하고 실습을 해야 합니다. 파운드케이크의 재료는 9가지로 계량을 합니다. 반죽은 크림법을 이용하여 제조합니다. 반죽온도는 23도로 유지합니다. 반죽 비중을 체크하여 제출합니다. 윗면을 터뜨려 완성된 제품을 만듭니다. 반죽을 전량 사용하여 성형합니다. 재료 목록 박력분: 800g 설탕: 640g 버터: 640g 계란: 640g 유화제: 16g 소금: 8g 탈지분유: 16g 바닐라향: 4g 베이킹 파우더: 16g 기본적으로 들어가는 재료의 양이 많은 편입니다. 거의 3kg에 달하기 때문에 계량을 위해서 재료를 가져올 때 넉넉히 가져오면 무겁게 되어 불편함을 초래합니다. 그리고 가루 재료의 경우 양이 적고 비슷할 수 있어 구분을 잘 지어 놓아야 합니다. 제과기능사 파운드케이크 제조하기 제과기능사의 시험 시작은 시험 번호표를 배부 받고 종목을 확인하면서 감독관과 시험지를 보면서 시험 준비를 합니다. 계량하는 용기와 게량의 수량을 이때 체크하여 결정하게 되니 메모해주시면 되겠습니다. 재료를 계량을 시작하면서 시험 시간이 흘러갑니다. 시험은 2시간 30분입니다. 계량은 9가지를 하니 9분 내에 완성을 해야 합니다. 자신의 작업대와 재료준비 공간이 ...

달달한 디저트는 누구나 좋아하는데요. 오늘은 제과기능사의 실기품목 중 하나인 초코롤케이크를 어떻게 만드는지 알아보려고 합니다. 과거부터 시트에 쌓여 초코크림을 듬뿍 넣은 초코롤은 인기있는 제품 중 하나인데요. 간편하게 만들 수 있는 제품이라서 초보자들도 도전해 보기 좋은 제과입니다. 들어가는 재료와 수량도 많지 않고 구하기 쉬운 것들이라서 제과기능사 실기시험에서도 자주 나오는 편입니다. 가정에서도 작은 오븐만 있으면 연습해 볼 수 있으니 시험을 대비하시는 마음으로 한단계씩 진행을 해볼 수 있도록 도와드리겠습니다. 제과기능사의 시험장에서 가장 먼저 하는 것은 자리 배정과 함께 시험과목을 공개하는 것인데요. 시험 시간이 1시간 50분인 초코롤의 경우는 다소 여유로운 편에 속합니다. 그렇기 때문에 재료를 계량하고 천천히 작업을 하셔도 별 문제 없는 편입니다. 그러면 재료가 무엇인지 알아볼까요? 초코롤케이크 재료 박력분: 168g 달걀: 480g 설탕: 216g 코코아파우더: 36g 베이킹소다: 2g 물: 12g 우유: 30g 합계: 944g 충전용재료 다크커버추어: 200g 생크림: 200g 럼: 20g 재료는 모두 저울로 측정하기 때문에 g을 기준으로 하여 측정을 합니다. 시험장에 따라서 저울이 다른 경우가 있는데, 1g 단위의 저울도 있고 2g 인 경우도 있습니다. 초코롤케이크는 재료가 짝수로 끝나 문제가 없지만 다른 시험의 경우에는 홀수도 존재하여 시험 시작 전에 변경하는 경우가 있습니다. 시험지를 받게 되면 요구사항이 나오는데요. 시험을 보실 때 꼭 요구사항에 맞게 진행을 해야 합니다. 그렇지 않으면 실격을 받기 때문에 주의를 해야 합니다. 어떤 요구사항이 있는지 알아볼게요. 재료를 계량하여 재료별로 나열합니다. 반죽을 공립법으로 제조합니다. 반죽온도 24도를 기준으로 합니다. 비중을 측정하여 제출합니다. 철판에 맞게 팬닝을 합니다. 반죽은 모두 사용하고 버리지 않습니다. 충전용 재료도 모두 사용합니다. 시트를 굽고 윗면에 가나슈를 바르고 원형으로 완성합니...

 주방에서 요리를 하는 사람이라면 한번씩 눈물을 흘렸을 수 있습니다. 도마에서 양파를 썰면 눈물이 나는 상황인데요. 자신도 모르게 눈에서 흐르는 눈물은 막을 수 없을 겁니다. 슬픈 일이 없어도 양파만 썰면 왜 통제할 수 없을 정도로 눈물이 나는 것일까요? 일반적으로 양파의 매운맛이 눈을 자극하여 눈물이 난다고 생각하게 되는데요. 사실은 양파가 가진 방어수단으로 화학적 공격을 하는 것입니다. 우리 눈에는 잘 보이지 않지만 도마 위에서 양파가 최루탄과 같은 화학반응을 일으키고 우리는 자동으로 눈물을 흘리게 되는 것입니다. 그러면 어떻게 해야 눈물을 흘리지 않고 양파를 썰 수 있을까요? 양파는 원래 매울까? 우리가 시장이나 마트에서 사오게 되는 동그란 양파는 코에 대고 맡아봐도 매운냄새가 나지 않습니다. 그리고 눈물이 나거나 하는 경우도 없는데요. 껍질에 쌓여 있는 일반적인 형태에서는 아무런 변화가 없기 때문입니다. 양파를 현미경으로 보면 두가지 물질이 서로 다른 방에 갇혀 분리되어 있습니다.  아미노산 화합물: 최루 가스의 재료가 되는 물질 알리나아제: 화학 반응을 순식간에 일으키는 효소 두가지 물질은 각각의 형태로 아무런 영향을 끼치기 않습니다. 양파의 온전한 형태에서 각각의 구분되어 있는 공간에 갇혀 있어서 우리가 구매를 할 때에는 전혀 눈물을 흘리지 않는 이유입니다.  눈물을 부르는 상황 하지만 양파를 도마위에 놓고 칼을 이용하여 썰게 되면 어떻게 될까요? 아미노산 화합물과 알리나아제가 분리 되어 있는 공간이 파괴되는 순간입니다. 최루성 가스 발생 두가지 안전한 액체를 섞으면 폭탄이 되는 이원화 화학 무기처럼 세포벽이 사라지고 다른 방에 있는 아미노산 화합물과 알리나아제가 뒤섞이게 됩니다. 알리나아제 효소는 아미노산 화합물을 분해하여 프로페닐스르펜산이라는 불안정한 물질을 만들어냅니다. 휘발성이 높은 황 화합물이 되어 도마위에서 사람의 눈까지 도달하게 됩니다. 눈물이 나는 이유 공기중으로 퍼지는 가스가 눈에 닿으면 눈물샘에 있는 수분과...

 유튜브나 커뮤니티 사이트에서 반으로 자른 포도알이나 두개의 포도알을 겹쳐 전자레인지에 넣어 돌리면 불꽃이 튀는 모습을 보셨을 수 있습니다. 특별한 조합이 아닌데도 번개처럼 불꽃이 일어나는 아찔한 모습입니다. 불을 넣을 것도 아니고 쇠붙이나 은박지를 넣은 것이 아니라 그냥 포도알일 뿐인데 왜 이렇게 폭발적인 불꽃이 튀는 것일까요? 많은 사람들이 포도에 있는 껍질에서 전선역할을 하고 전기적 합선이 된 결과라고 생각하였는데요. 최근에 전자기파 공명과 플라즈마의 결과라는 사실이 밝혀졌습니다. 오늘은 전자레인지에 포도알을 넣었을 경우 왜 불꽃이 튀는지 과학적 원리를 설명해드리겠습니다. 포도껍질이 전선 역할을 할까? 과거에는 포도알을 반으로 자른 뒤 두덩어리가 얇은 포도 껍질을 연결해 두었을 때 불꽃이 튀는 것을 보고 이렇게 생각했습니다. 수분이 많은 포도알은 배터리 역할을 얇게 연결된 껍질은 전설 역할을 하면서 전기가 합선되어 불꽃이 튀는구나 라고 말입니다. 하지만 최근 과학자들에 의해서 이 가설은 사실이 아님이 밝혀졌습니다. 껍질이 연결되지 않는 일반적인 포도알을 맞닿아 놓아도 불꽃이 튀었고, 포도가 아닌 둥그렇게 생긴 수분 젤리를 넣어두었을 때도 똑같이 불꽃이 발생했기 때문입니다.  전자레인지의 파동 전자레인지는 2.4GHz로 1초에 24억번 진동을 하는 마이크로파를 방출합니다. 그래서 그 결과로 음식이 데워지는 원리로 사용하게 되는데요. 포도알은 90% 정도의 높은 수분을 가지고 있습니다. 물은 마이크로파를 가두는 성질을 가지고 있습니다. 그래서 전자레인지 안에서 마이크로파가 포도알로 들어와 에너지를 머금게 됩니다. 이때 끊임없이 전파를 모으게 되는 역할을 하게 됩니다. 전자기파 공명의 에너지 폭발 포도알 하나만 있을 때는 파동이 안에서 맴돌아 포도알을 뜨겁게 만드는 것으로 끝나게 됩니다. 하지만 두개의 포도알이 마주 닿았을 때는 아주 특별한 일이 벌어집니다. 공명 현상 양쪽 포도알에서 맴돌며 증폭되던 전자기파들이 두 포도알에 맞닿아 있는 아주 ...

 한여름에 시원한 음료를 먹기 위해서 얼음 틀에 물으르 채워 냉동실에 넣으려고 합니다. 이때 얼음을 빨리 얼리고 싶다면 어떻게 해야 할까요? 차가운 물을 넣어야 할까요? 뜨거운 물을 넣어야 할까요? 아마 많은 사람들이 당연하게도 얼음이니까 0도에 가까운 차가운 물을 넣을 것이라고 생각할 것입니다. 뜨거운 물이 차갑게 식는 시간이 있으니 당연하게 더 걸릴것으로 생각하기 마련입니다. 일반적인 상식을 가진 사람이라면 이것이 일반적입니다. 하지만 특정조건에서는 뜨거운 물이 차가운 물보다 빠르게 얼어버리는 역전 현상이 일어나기도 합니다. 과학계에서는 음펨바 효과라고 부르는데요. 미스터리한 상황이 왜 일어나는지 알려드리겠습니다. 상식이 깨진 발견 위대한 과학적 발견은 일반적으로 과학자라고 생각하기 쉽지만 평범한 아프리카의 중학생이라고 합니다. 일반인에 발견된 상식이 깨진 상황으로 알려졌습니다. 학교 실습실에서 아이스크림을 만들려더 음펨바는 끓인 우유를 식힐 시간이 없어서 그대로 뜨거운 우유늘 냉동실에 집어 넣었습니다. 그런데 차갑게 식힌 우유를 넣은 친구들보다 자신의 뜨거운 우유가 먼저 얼게 된 것을 발견하게 됩니다. 그래서 선생님에게 왜 뜨거운 물이 찬물보다 먼저 얼게 되는지 물어보게 되는데요. 처음에는 모두 비웃었지만 실제로 실험을 다시 해본 결과 진짜로 밝혀지고 공식적인 논문을 발표하게 됩니다. 뜨거운 물이 왜 먼저 얼까? 아리스토텔레스와 데카르트는 이러한 현상을 기록으로 남겼지만 현대 과학자들이 이것을 정답이라고 증명하지 못하였는데요. 다만 유력한 가설은 존재합니다. 증발 효과 뜨거운 물은 차가운 물보다 공기 중으로 수증기가 되어 날아가는 증발이 더 활발하게 일어납니다. 그렇기 때문에 냉동실에 들어간 뜨거운 물은 식는 과정에서 수분이 쉴 새 없이 증발하여 전체적인 물의 양이 줄어들게 됩니다. 얼려야 하는 물의 양이 적어지니 당연하게 얼음으로 변하는 시간도 짧아지게 됩니다. 사람들이 무거운 옷을 입고 달리다가 옷을 벗어 버리면서 결승점을 통과하는 원리와 같습...

 최근에 주방의 도구들이 바뀌고 있습니다. 가스 냄새가 없고 청소가 편리한 장점이 있는 인덕션인데요. 처음 인덕션을 사용하면 불편하기도 하지만 불꽃이 없다는 점에서 신기하기만 합니다. 냄비의 물을 100도가 되어 끓고 있지만 냄비를 얹어두 인덕션 상판은 불꽃이나 열기도 없이 차갑기 때문인데요.  가스레인지나 하이라이트는 상판이 달아오르면서 열기를 내뿜는데 인덕션은 무슨 수로 뜨겁게 달구지 않고 냄비를 끓어오르게 만드는 것일까요? 냄비 밑에 특수한 장치라도 있는 것일까요? 오늘은 인덕션 전기레인지 속에 무슨 과학적 원리가 숨어 있는지 알려드리겠습니다. 난방 방식의 차이 인덕션의 원리를 소개하기 전에 기존의 가스레인지와의 차이점을 알려드리겠습니다. 물건을 어떻게 전달하는지 예를 들어 설명해드릴게요. 가스레인지: 불꽃을 이용하여 주변의 공기나 냄비를 달굽니다. 그 열이 냄비에서 물로 전달이 됩니다. 전달을 하는 과정마다 열 손실이 발생하고 주방이 뜨거워집니다. 인덕션: 인덕션은 기계 자체가 열을 내지 않습니다. 상판을 무시하고 바로 냄비 바닥에 자기장을 전달하여 에너지를 내는 방식으로 변신시킵니다. 중간 과정이 없어서 열 손실이 적고 물이 빨리 끓게 되는 것입니다. 상판을 통과하는 전자기 유도 그러면 인덕션은 어떻게 냄비 스스로 열을 내게 만들까요? 과학자 패러데이가 발견한 전자기 유도 법칙으로 설명해보겠습니다. 인덕션 유리 상판 밑에는 동그랗게 감겨있는 구리선이 있습니다. 인덕션 전원을 키게 되면 구리선에 아주 빠르게 방향이 바뀌는 교류 전기가 흐릅니다. 전기가 흐르면 주위에 보이지 않는 자석의 힘인 자기장이 형성됩니다. 전기의 방향이 계속 바뀌기 때문에 자기장의 크기와 방향도 셀 수없이 요동치면 변하게 됩니다. 요동치는 거대한 자기장은 유리상판을 자유롭게 통과하고 냄비로 열을 전달하는데 쓰입니다. 그렇기 때문에 인덕션은 전혀 뜨거워지지 않으면서 차가운 상태에서도 물이 끓을 수 있게 되는 것입니다. 와맴돌이 전류 유리 상판을 통과한 자기장은 냄비 ...

 시끄러운 지하철이나 외부 소음 속에서 무선 이어폰을 귀에 꽂고 특별한 기능을 사용하는 순간 거짓말처럼 소음이 사라지는 일이 발생합니다. 오직 내 이어폰에서만 소리가 나오는 것처럼 고요한 상황이 만들어지는데요. 이 기술은 액티브 노이즈 캔슬링이라는 것입니다. 얼마전만 해도 이어폰의 기능이 들어가면 상당히 고가의 제품이였습니다. 그래서 일반적인 사람들의 경우에는 기본적인 기능만 충실한 제품을 사용하기 일수였습니다. 하지만 액티브 노이즈 캔슬링이라는 기술이 우리에 일상으로 들어와 스트레스를 줄여주고 있습니다. 귀를 정확하게 꽉 막는 것이 아닌데도 어떻게 외부 소음을 줄여서 음악이 들리는 것일까요? 오늘은 노이즈 캔슬링 이어폰의 원리와 파동의 상쇄 간섭을 알아보겠습니다. 소음의 정체는 무엇? 노이즈 캔슬링을 알아보기 위해 소음의 정체를 먼저 파악하여야 합니다. 소리는 공기의 압력이 높아졌다 낮아졌다 하는 것을 반복하여 물결처럼 퍼져나가는 파동입니다. 호수 위에서 돌멩이를 던져 물수제비를 해보신적이 있나요? 돌멩이가 호수 표면을 따라 튕겨져 나갈때 물결이 출렁이며 퍼져나가는 것과 같은 모습입니다. 소음을 지우는 상쇄 간섭 노이즈 캔슬링은 시끄러운 소음을 물리적으로 막아내는 것이 아닙니다. 귀에 다른 소음이 들어오지 못하도록 막는 것이 아니니 바로 알 수 있는데요. 소음을 다은 소음으로 공격하여 없애는 기술입니다. 물리학에서는 이것을 파동의 상쇄 간섭이라고 합니다. 외부에서 귀로 들어오는 소음을 +10으로 가정해 볼게요. 이때 귀에 착용하고 있는 이어폰에서 반대되는 모양의 파동인 -10을 동시에 귀로 보냅니다. 그러면 결과는 어떻게 될까요? +10 + -10 이니 0이 됩니다. 소음이 반대로 된 파동을 이루고 있어서 제로에 가까운 파동을 만들어 골짜기와 골이 사라집니다. 두 파동이 이렇게 엉키게 되면 일직선처럼 되어 소리가 사라지는 원리인데요. 소음을 다른 소음으로 부딪히게 만들어 침묵을 만들어 내는 것입니다. 노이즈 캔슬링 내부에서의 반응 그러면 어떻게 작은 ...

 추운 겨울이나 건조한 날씨에 여러분이 스마트폰을 사용하면 전혀 작동을 하지 않을 때가 있습니다. 터치를 아무리 해도 반응이 없어 답답하게 만들어버리는데요. 장갑을 벗지 않아도 되는 펜이나 다른 도구를 이용해도 결국에는 스마트폰 터치스크린이 반응하지 않아서 맨손가락을 이용하게 만들어버립니다. 스마트폰은 왜 손가락과 플라스틱을 구별하여 작동되는 것일까요? 화면에 무슨 특별한 장치가 있어서 그러는지 궁금해지는데요. 이유는 스마트폰 화면은 물리적인 압력으로 반응을 하는 것이 아니라 우리몸에 흐르는 미세한 전기에 의해 반응을 하기 때문입니다. 오늘은 스마트폰의 기술인 정전식 터치스크린의 원리와 인체의 미세 전류가 어떤 작용을 하는지 설명해드리겠습니다. 스크린이 감압식에서 정전식으로 변화 스마트폰의 터치스크린 원리를 알아보기 위해서 과거에는 어떻게 사용했는지 기술 발전을 알아봐야 합니다. 스마트폰이 나오기 전에는 우리는 내비게이션이나 기기 들을 사용할 때 버튼을 눌러 인식을 시켰습니다. 그리고 화면을 눌러 감압식 방식으로 바뀌게 되었습니다. 이때 화면과 아래층에 미세한 차이를 두었다가 사람이 누르면 두 층이 맞닿아 전류가 흐르게 하는 1차적인 방식을 사용해 터치를 하게 만들었는데요. 지금은 터치를 할 때 누르는 힘이 없는 정전식으로 방식이 변경되었습니다. 그래서 힘이 없어도 살짝 스치기만 해도 터치를 한 것처럼 인식이 되어 반응을 하게 됩니다. 정전식은 이처럼 기존에 힘에서 전류 방식으로 변경된 것입니다. 정전식 터치의 원리 우리가 매일 사용하는 스마트폰은 유리판 아래에 여러개에 전선들이 눈에 보이지 않을정도로 촘촘하세 설계되어 있습니다. 이러한 물질들이 촘촘하게 깔려 있어서 반응을 하게 되는 것인데요. 전원이 들어온 스마트폰은 이러한 전선에 미세한 전류가 흐르게 되고 거미줄처럼 빼곡하게 틈을 메우고 있습니다. 이 상태에서 어떠한 전기적 변화가 들어오기를 기다리는 대기상태를 유지하고 있는 것입니다. 손가락이 닿아 터치가 되는 과정 스마트폰이 커진 상태에서 전기가...

 도심을 걷다 전봇대 위를 쳐다보면, 수만 볼트의 전기가 흐르는 고압 전깃줄 위에 참새나 비둘기들이 평화롭게 나란히 앉아 쉬고 있는 모습을 흔히 볼 수 있습니다. 사람이 그 전깃줄을 맨손으로 만졌다면 뼈도 추리지 못할 만큼 끔찍한 감전 사고를 당하게 되는데요. 연약한 참새들은 어떻게 털끝 하나 타지 않고 멀쩡할 수 있는 것일까요?  혹시 새들의 발바닥에 특별한 절연체라도 깔려 있는 것일까요? 새들의 발은 평범한 피부일 뿐이며 진짜 비밀은 자연의 진화가 아닌 물리학의 법칙 속에 숨어 있습니다. 오늘은 참새가 고압 전깃줄에서 둥둥 떠다니듯 안전하게 앉아 있을 수 있는 이유를 전기 회로의 핵심 원리인 전위차와 병렬회로의 저항을 통해 설명해드리겠습니다. 감전의 의미 참새의 생존 비결을 알기 전 우리는 감전이 정확히 무엇인지 알아야 합니다. 많은 사람들이 전기에 닿기만 하면 감전된다고 생각합니다. 그러나 물리학적으로 감전이란 단순히 전기가 흐르는 물체를 만지는 것이 아니라 "강력한 전기 에너지가 내 몸을 통과할 때 발생하는 충격을 말합니다.  즉, 전기가 내 몸으로 들어오는 문과 나가는 문이 동시에 존재해서 전기가 흐를 수 있는 길이 만들어져야만 감전이 일어납니다. 참새가 전깃줄에 앉아 있을 때는 이 전기가 흐르는 길이 만들어지지 않기 때문에 감전되지 않는 것입니다. 전위차가 없는 두 발 전기가 몸을 통과해 흐르려면 반드시 전위차라는 것이 필요합니다. 전위차를 설명하기 위해서 전기를 물에 비유해 알려드리겠습니다. 폭포수와 평평한 호수 물은 반드시 '높은 곳'에서 '낮은 곳'으로 흐릅니다. 높이의 차이가 클수록 물은 더 빠르고 강력하게 쏟아져 내립니다. 반대로 높이 차이가 0인 평평한 호수에서는 물이 어느 한쪽으로 쏟아지지 않고 고여 있습니다. 전기도 같은 원리입니다. 전기가 흐르려면 전압이 높은 곳과 낮은 곳의 차이로 이동됩니다. 그런데 참새의 경우에는 두 발 모두가 하나의 전깃줄위에 있어서 전위차가 존재 하지 않습니다. 이런한 이...

 자연계의 먹이사슬을 떠올려 보면, 초식동물이 식물을 먹고 육식동물이 그 초식동물을 잡아먹는 것이 일반적인 상식입니다. 하지만 당연한 상식을 뒤집고 거꾸로 동물을 잡아먹는 무시무시한 식물들이 있습니다. 바로 파리지옥, 끈끈이주걱, 네펜데스와 같은 식충식물입니다. 그중에서도 입을 쩍 벌리고 있다가 순식간에 덫을 닫아 사냥감을 낚아채는 파리지옥의 사냥 모습은 경이로움 그 자체입니다. 뇌도 없고 근육도 없는 식물이 도대체 어떻게 벌레가 온 것을 알아차리고 0.1초 만에 덫을 닫을 수 있는 것일까요? 여기에는 웬만한 동물의 신경계 못지않은 아주 정교한 전기적 신호와 수압의 물리학이 숨어 있습니다. 오늘은 파리지옥이 벌레를 잡는 과학적 원리인 감각모와 활동 전위의 메커니즘을 설명해드리겠습니다. 식충식물에 대한 오해 파리지옥의 사냥법을 알아보기 전, 우리가 흔히 하는 착각을 하나 바로잡을 필요가 있습니다. 식충식물은 밥 대신 벌레만 먹고 산다고 생각하기 쉽지만, 식충식물 역시 엄연한 녹색 식물로서 광합성을 하여 스스로 살아갈 에너지를 만들어냅니다. 그렇다면 굳이 왜 에너지를 들여가며 벌레를 잡아먹는 것일까요? 그 이유는 식충식물이 사는 서식지의 토양 환경 때문입니다. 이들은 주로 늪지대나 이끼가 많은 척박한 산성 토양에서 자라는데, 이런 땅에는 식물이 자라는 데 꼭 필요한 질소와 인 같은 무기 양분이 턱없이 부족합니다.  그래서 파리지옥에게 벌레는 배를 채우기 위한 탄수화물 밥이 아니라, 척박한 환경에서 살아남기 위해 섭취하는 고단백질 종합 비타민인 것입니다. 오작동을 막는 시스템 파리지옥의 덫을 자세히 들여다보면 붉은색의 입 안쪽에 보통 3~6개 정도의 미세한 털이 삐쭉 솟아 있는 것을 볼 수 있습니다. 이를 감각모라고 부르는데요. 이 털이 바로 벌레의 움직임을 감지하는 최첨단 레이저 센서입니다. 재미있는 것은 벌레가 이 감각모를 한 번 툭 건드린다고 해서 덫이 닫히지는 않는다는 점입니다. 덫을 한 번 닫고 여는 데는 식물 입장에서 엄청난 에너지가 소모...

 영화나 애니메이션을 보면 카멜레온이 체스판 위를 걸어갈 때 몸통이 흑백 체크무늬로 변하거나 빨간 소방차 위에 올라가면 빨갛게 변하는 장면이 자주 등장합니다. 우리는 어릴 적부터 카멜레온이 천적의 눈을 속이고 숨기 위해 주변 환경과 똑같은 색으로 몸을 바꾼다고 배워왔습니다. 하지만 이것은 인류가 카멜레온에 대해 알고 있는 착각이라고 합니다. 만약 카멜레온을 새빨간 스포츠카 위에 올려둔다고 해도 카멜레온은 절대 빨간색으로 변하지 않습니다. 과거 과학자들은 문어나 오징어처럼 피부의 색소 세포를 퍼뜨려 색을 바꾼다고 알고 있었지만 이 역시 틀린 가설로 밝혀졌습니다. 그렇다면 카멜레온은 대체 왜, 그리고 어떤 과학적 원리로 화려하게 몸 색깔을 바꾸는 것일까요? 오늘은 2015년 스위스 연구진에 의해 새롭게 밝혀진 카멜레온의 나노 결정에 대해 알려드리겠습니다. 카멜레온은 숨기 위해 색을 바꾸지 않는다 카멜레온이 몸 색깔을 바꾸는 주된 목적은 주변 환경에 녹아드는 위장이 아닙니다. 이들의 평소 색깔인 칙칙한 초록색이나 갈색 자체가 이미 나뭇잎과 나뭇가지 사이에서 완벽한 보호색 역할을 하고 있기 때문에 굳이 색을 바꿀 필요가 없습니다. 카멜레온이 화려하게 색을 바꾸는 진짜 이유는 바로 감정 표현과 체온 조절 때문이라고 합니다. 기존의 틀을 완벽하게 바꾸는 것입니다. 감정 표현: 수컷이 다른 수컷과 영역 다툼을 하며 화가 났을 때, 혹은 암컷에게 자신의 건강함과 매력을 어필할 때 마치 전광판에 불을 켜듯 몸을 붉고 노랗게 화려하게 물들입니다.  체온 조절: 파충류인 카멜레온은 스스로 체온을 조절하지 못합니다. 그래서 아침에 몸이 쌀쌀할 때는 햇빛을 많이 흡수하기 위해 어두운색으로 변하고, 한낮에 너무 더울 때는 햇빛을 반사하기 위해 밝은색으로 변신합니다. 색소 세포가 퍼진다는 과거의 오해 2015년 이전까지 과학계는 카멜레온이 오징어나 문어처럼 피부 밑에 있는 주머니 모양의 색소 세포를 쫙 펼치거나 쪼그라뜨려서 색을 바꾼다고 생각했습니다. 하지만 이 이론으로...

 낮에는 섭씨 50도를 넘나들고 밤에는 영하로 떨어지는 극단적인 환경, 게다가 마실 물조차 구하기 힘든 죽음의 땅 사막이 있습니다. 이 가혹한 곳에서 낙타는 물 한 모금 마시지 않고도 무거운 짐을 진 채 수십 일을 거뜬히 걸어갑니다. 그래서 사람들은 낙타를 사막의 배라고 부르기도 합니다. 어릴 적 우리는 동화책이나 만화 영화를 보며 낙타의 등에 솟아오른 커다란 혹 안에는 사막을 건너기 위한 물이 찰랑찰랑 가득 차 있을 것이다 라고 상상하곤 했습니다. 하지만 이것은 인류가 낙타에 대해 가지고 있는 귀여운 착각입니다. 낙타의 혹 속에는 물이 단 한 방울도 들어있지 않습니다. 그렇다면 낙타는 대체 어떻게 수십 일 동안 물 없이 버틸 수 있는 것일까요? 오늘은 낙타의 혹에 숨겨진 비밀과, 사막에 최적화된 생물학적 적응 현상을 설명해드리겠습니다. 낙타의 혹 속에는 물이 없다 혹을 갈라보면 물이 나올 것이라는 상상과 달리, 낙타의 혹 속을 채우고 있는 물질의 정체는 지방입니다. 영양분이 풍부할 때 남은 에너지를 등 위로 끌어모아 거대한 지방 덩어리를 쌓아둔 것입니다. 낙타는 사막을 걷다가 굶주리면 이 혹 속의 지방을 분해하여 생존 에너지를 얻습니다. 오랫동안 굶은 낙타의 혹을 보면 안의 지방을 다 써버려서 빈 주머니처럼 쪼그라들어 축 늘어져 있는 것을 볼 수 있습니다. 그런데 여기서 의문이 생깁니다. 밥을 안 먹고 버티는 것은 지방으로 해결한다 쳐도, 생명 유지에 절대적으로 필요한 물은 대체 어디서 얻는 것일까요? 첫 번째 생존 비결 지방을 물로 바꾸는 대사수 그 해답은 바로 혹 속의 지방이 분해될 때 일어나는 화학 반응에 있습니다.  낙타가 숨을 쉬어 산소를 들이마시면, 이 산소가 혹 속의 지방과 결합하여 타들어가며 에너지를 만들어냅니다. 지방이 타는 과정에서 부산물로 엄청난 양의 물이 생성되는데요. 외부에서 직접 마시는 물이 아니라 생물체의 체내 대사 과정에서 스스로 만들어진 이 물을 과학 용어로 대사수라고 부릅니다.  무려 1kg의 지방이 ...

 아침저녁으로 찬 바람이 불기 시작하는 가을이 오면 푸르렀던 산과 들은 마치 수채화 물감을 풀어놓은 듯 붉고 노란색으로 아름답게 물듭니다. 매년 가을마다 마주하는 낭만적인 풍경이지만, 사실 이 아름다운 단풍의 이면에는 다가오는 혹독한 겨울을 살아남기 위한 나무들의 치열한 생존 전쟁이 숨어 있습니다. 많은 사람이 단풍을 보고 나뭇잎이 늙어서 색이 변한 것이라고 생각하지만 생물학적인 관점에서 단풍은 식물이 스스로 화학 공장을 멈추고 새로운 색소를 만들어내는 정교한 화학 반응의 결과물입니다. 대체 나무 안에서는 어떤 일이 벌어지기에 초록색 잎이 붉은색으로 변하는 것일까요? 오늘은 가을에 나뭇잎이 붉게 단풍이 드는 이유를 엽록소의 파괴와 안토시아닌 색소의 숨겨진 역할을 소개해드리면서 설명해보겠습니다. 여름내 초록빛을 띠는 이유 단풍이 드는 원리를 알기 위해서는 먼저 나뭇잎이 왜 초록색인지부터 알 필요가 있습니다 봄과 여름 내내 나뭇잎의 세포 속에는 엽록소라는 초록색 색소가 가득 차 있습니다.  엽록소는 뿌리에서 끌어올린 물과 공기 중의 이산화탄소, 그리고 뜨거운 태양 빛을 이용해 나무가 살아갈 영양분을 만들어내는 광합성 식량 공장입니다. 엽록소는 햇빛을 받으면 쉽게 파괴되는 성질이 있지만, 여름철에는 나무가 끊임없이 수분과 영양을 공급하여 파괴된 엽록소를 새롭게 만들어내기 때문에 나뭇잎은 짙은 초록색을 유지할 수 있습니다. 단풍의 시작 하지만 가을이 되어 낮의 길이가 짧아지고 기온이 뚝 떨어지면 나무는 겨울잠에 들어갈 준비를 합니다. 추운 겨울에는 땅이 얼어 뿌리로 물을 흡수할 수 없기 때문에, 잎을 넓게 펼치고 있다가는 잎을 통해 수분이 다 빠져나가 나무 전체가 말라 죽고 맙니다. 그래서 나무는 잎을 포기하기로 결심하고, 나뭇가지와 잎자루가 연결된 부분에 코르크처럼 단단한 차단막인 '떨켜(Abscission layer)'를 만듭니다.  이 떨켜는 국경을 폐쇄하는 바리케이드와 같은 역할을 하는데요. 떨켜가 만들어지면 뿌리에서 잎으로 올라가던 ...

 맛있는 삼겹살이나 치킨을 맨손으로 먹고 난 뒤 흐르는 물에 아무리 손을 비벼 씻어도  손에 묻은 미끈미끈한 기름기는 잘 사라지지 않습니다. 오히려 기름이 물을 튕겨내며 겉도는 것을 볼 수 있어요. 하지만 비누나 폼클렌징을 이용하여 손을 닦는 순간 그렇게 달라붙어 있는 기름때가 거짓말처럼 씻겨져 나갑니다. 도대체 비누 안에는 어떤 성분이 들어 있어서 절대 섞이지 않는다는 물과 기름을 섞어주는 것일까요? 우리가 매일 세수를 하고 설거지를 하면서도 놓치고 지나간 세정력의 비밀은 계면활성제라는 분자 구조에 있습니다. 비누가 기름때를 지우는 과학적 원리인 친수성기와 친유성기의 역할, 그리고 비누가 어떻게 우리의 건강을 지켜주는지 알려드리겠습니다. 물과 기름은 왜 절대 섞이지 않을까? 비누의 원리를 알기 전 물과 기름이 원수지간인 이유를 알 필요가 있습니다. 화학적으로 물은 자석처럼 플러스와 마이너스 전하를 띠는 극성 물질입니다. 반면 기름은 전하를 띠지 않는 무극성 물질입니다. 자연계의 법칙은 끼리끼리 어울리는 것을 좋아합니다. 자석의 성질을 가진 물 분자들은 자기들끼리 강하게 끌어강기며 똘똘 뭉치려 하고, 전하가 없는 기름은 철저하게 따로 놀고 있습니다. 그래서 물과 기름을 한 컵에 붓고 아무리 세게 젓는다고 하여도 결국에는 경계면을 만들어 두 층으로 완벽하게 분리되는 것입니다. 두 얼굴을 가진 비누의 정체 이렇게 서로의 특징을 이해하지 못해 절대 섞이지 않는 물과 기름 사이에 두 물질의 특징을 완벽하게 알고 있는 새로운 물질이 등장합니다. 그것이 비누의 핵심 성분인 계면활성제 입니다. 계면활성제의 분자 모양을 현미경으로 확대해보면 성냥개비나 올챙이처럼 생겼습니다. 하나의 분자 안에 서로 성질이 완전히 다른 두개의 부분이 공존하는 기이한 구조를 띠고 있습니다. 동그란 머리 친수성기 성냥개비의 둥근 머리 부분은 물을 열렬히 사랑하는 친수성기 입니다. 이 부분은 물과 똑같은 극성을 띠고 있어서 물 분자를 만나면 찰싹 달라붙습니다. 길쭉한 꼬리 친유성기 ...

 더운 여름날 아이스크림 케이크를 포장해 오거나 신선 식품을 택배로 받을 때 상자 안에는 어김없이 하얀색 네모난 블럭이 들어있습니다. 바로 드라이아이스인데요. 포장지를 뜯어 싱크대나 물속에 던져 넣으면 마치 마법의 램프에서 보는 것처럼 보글보글 끓어오르며 하얀 연기를 내뿜어 냅니다. 어린 시절 누구나 이 연기를 손으로 만져보면서 신기했던 기억이 있을 것입니다. 우리는 흔히 이 하얀 연기를 보면서 이산화탄소 가스가 나온다라고 생각할텐데요. 아쉽지만 우리가 눈으로 보는 연기의 정체는 이산화탄소가 아니라고 합니다. 평생동안 진실이라고 믿어왔던 이 현상속에서 대기과학과 화학이 만들어내는 엄청난 착각과 반전이 숨어 있습니다. 드라이아이스가 액체를 거치지 않고 기체가 되는 승화현상의 원리와 흰 연기가 아는 이유를 소개해드리겠습니다. 드라이아이스의 정체 우리가 일상에서 가장 흔하게 보는 얼음은 액체 상태인 물을 0도 이하로 꽁꽁 얼려 만든 고체입니다. 반면 드라이아이스는 기체 상태인 이산화탄소에 엄청난 압력을 가한 뒤 영하 78.5도라는 극저온으로 차갑게 만들어 얼린 고체 덩어리입니다. 일반 얼음보다 온도가 무려 80도 가까이 낮기 때문에 주변의 열을 빼앗아 물건을 차갑게 유지하는 냉각 능력이 일반 얼음의 2배 이상 뛰어납니다. 그래서 아이스크림이 녹지 않게 장시간 보관하는 용도로 쓰이는 것입니다. 액체를 건너뛰는 승화 현상 얼음을 상온에 꺼내두면 어떻게 될까요? 고체였던 얼음이 녹아 액체가 되고 이 물이 증발하여 기체로 날아갑니다. 세상의 거의 모든 물질은 고체 -> 액체 -> 기체의 3단계를 순서대로 거치면서 변화합니다. 하지만 드라이아이스를 상온에 꺼내두면 바닥에 물이나 액체가 남지 않고 흔적도 없이 사라져 버립니다. 드라이아이스 고체가 상온의 열을 받으면 액체라는 중간 단계를 건너뛰고 곧바로 이산화탄소 기체로 날아가 버리기 때문입니다. 이렇게 고체에서 기체로, 또는 반대로 기체에서 고체로 상태가 한번에 바뀌는 것을 승화라고 부릅니다.  이...

 생일 파티나 예능 프로그램에서 풍선 속에 든 가스를 한 모금 들이마신 뒤 말을 하면 갑자기 오리처럼 꽥꽥 거리는 특별한 목소리가 나와서 웃음을 주곤 합니다. 우리는 이같은 현상을 디즈니 케릭터의 이름을 따서 도널드 덕 효과라고 부르고 있습니다. 많은 사람들이 헬륨가스를 마시면 목구멍과 성대가 일시적으로 쪼그라들어서 목소리가 얇아진다고 생각합니다. 하지만 헬륨가스는 우리의 신체 기관에 어떠한 물리적인 변화를 일으키지 않는데요. 목소리가 변하는 이유는 우리 눈에 보이지 않는 공기 속 기체 분자들의 밀도와 그 사이를 뚫고 나아가는 소리의 이동 속도가 만들어내는 물리학적 착각 때문입니다. 그래서 헬륨가스를 마시면 어떻게 우리의 목소리를 변조시키는지 과학적 원리를 설명해드리겠습니다. 목소리가 만들어지는 기본 원리 헬륨가스의 목소리 변화를 알기 위해서 우리의 목소리가 어떻게 만들어지는지 알아야 하는데요. 목소리는 크게 두 단계를 거쳐 완성됩니다. 성대의 진동: 우리가 숨을 내쉴 때 목에 있는 성대가 파르르 떨리면서 최초의 소리를 만들어냅니다. 기타의 줄을 튕기는 것과 같습니다. 성도의 공명: 성대에서 만들어진 작은 소리는 목구멍, 입안, 코안이라는 통로를 거치며 웅장하게 증폭됩니다. 이를 공명이라고 하는데요. 기타의 줄 밑에 있는 커다란 나무통 역할을 합니다. 우리의 귀에 들리는 목소리는 결국 성대에서 출발한 소리 파동이 입안에 가득 찬 기체를 뚫고 밖으로 나온 결과물입니다. 헬륨가스의 특별함 일상생활에서 우리의 입과 목구멍 안은 질소와 산소로 이루어져 있는 공기로 가득차 있습니다. 하지만 파티용 풍선에 들어 있는 헬륨은 수소 다음으로 가벼운 원소로 밀도가 공지의 약 7분의 1 수준으로 상당히 가볍습니다. 밀도 차이는 소리가 전달되는 속도에 엄청난 영향을 미칩니다. 소리는 기체 분자들을 징검다리 삼아 부딪히며 앞으로 나아가는데 헬륨 분자들은 공기 분자보다 훨씬 가벼워서 소리에너지를 훨씬 더 빠르게 옆으로 전달할 수 있습니다. 물속 달리기와 텅 빈 육상트랙 일상생...

 아침에 먹기 좋게 깎아둔 사과를 밀폐용기에 담아 출근하거나 소풍을 위해 가져 나가보신 적이 있나요? 시간이 지난 뒤 뚜껑을 열어보면 뽀얗고 노란빛을 띠던 사과는 어디로갔는지 보이지 않고 군데군데 멍든 것처럼 칙칙해져버린 갈색의 사과를 마주하게 됩니다. 맛을 크게 바뀌지 않았지만 먹기 싫어지는 모양새입니다. 우리는 이러한 현상을 보고 사과가 공기중에서 상해버렸다고 생각하게 됩니다. 하지만 사과가 갈색으로 변하는 것은 썩는 과정이 아니라 상처를 입은 사과가 스스로를 방어하기 위해서 시스템을 가동시키는 것이라고 합니다. 과연 깎인 사과 표면에는 어떤 과학적인 반응이 일어나고 있는 것일까요? 깎아둔 사과가 갈색으로 변하는 이유가 무엇인지 알아보기 위해 산화 효소 작용과 갈변 방지 방법을 소개드리겠습니다. 사과가 갈색으로 변하는 갈변 현상 과일이나 채소의 껍질을 깎거나 상처를 냈을 때 표면의 색이 갈색이나 검은색으로 변하는 과정을 과학에서는 갈변이라고 부릅니다. 사과뿐만 아니라 바나나, 배, 복숭아, 고구마 에서도 흔히 볼 수 있는 화학반응입니다. 껍질속에서 온전히 싸여 있을때는 멀쩡하던 사과가 왜 칼이 닿아 속살이 공기중에 노출되는 순간부터 색이 변하기 시작하는 것일까요? 갈변을 일으키는 3가지 원인 사과의 갈변 현상이 일어나기 위해서 사과 내부와 외부에서 만나는 3가지 핵심 요소가 필요합니다. 폴리페놀: 사과 세포 안에 듬뿍 들어있는 식물성 화학물질입니다. 원래는 항산화 작용을 하는 좋은 성분입니다. 폴리페놀 산화 효소: 사과 세포 속에 폴리페놀과 함께 들어있는 단백질 효소입니다. 화학 반응이 빨리 일어나도록 돕는 일꾼 역할을 합니다. 산소: 공기 중에 있는 기체입니다. 평소 사과가 온전할 때 세포 속의 폴리페놀과 산화 효소는 서로 다른 방에 분리되어 들어있습니다. 그리고 튼튼한 사과껍질이 외부의 산소가 들어오지 못하게 막아주는 완벽한 방어막을 갖추고 있습니다. 갈변의 진짜 이유 하지만 우리가 칼로 사과 껍질을 깎거나 이빨로 한 입 베어 무는 순간 평화롭던...

 더운 여름날 카페에서 시원한 아이스 아메리카노를 주문하면 얼음 조각들이 음료의 맨 위에 둥둥 떠있는 것을 볼 수 있습니다. 한겨울에 꽁꽁 언 호수나 강을 보아도 물의 표면인 위쪽부터 얼어붙어 사람들이 그 위를 걸어 다닙니다. 우리를 이것을 실제로 보면서 생활했기에 너무나도 당연히 여기는데요. 여기에는 과학적인 시각에서 볼 때 고체가 액체 위에 뜬다라는 자연계의 일반적인 상식을 완전히 파괴하는 기적과도 같은 일입니다. 세상의 대부분 물질은 고체가 되면 액체보다 무거워지기 때문에 바닥에 가라앉기 때문입니다. 그러나 물은 이런 특별한 일이 벌어지는 것인데요. 얼음이 물에 뜨는 이유는 무엇인지 물자의 수소 결합과 밀도 변화를 설명드리겠습니다. 자연계의 상식을 파괴하는 물의 성질 이유를 알기 위해서는 먼저 밀도라는 개념을 알아야 합니다. 밀도란 일정한 부피를 가지는 공간에서 물질이 얼마나 빽빽하게 뭉쳐 있는지는 나타내는 수치입니다. 밀도가 높은 물질은 가라 앉고 밀도가 낮은 물질을 위로 뜹니다. 일반적인 물질은 온도가 낮아져 기체 ->액체-> 고체로 상태가 변할수록 분자들의 움직임이 둔해지며 서로 찰싹 달라붙게 됩니다. 부피가 줄어들고 밀도가 높아져 고체가 액체보다 무거워집니다. 하지만 물의 경우에는 액체에서 고체로 변할 때 오히려 부피가 늘어 밀도가 작아지는 특별한 성질을 가지고 있습니다. 첫 번째 원리는 수소 결합 물이 고체가 될 때 오히려 부피가 팽창하는 이유는 물 분자들끼리 손을 잡는 특별한 방식인 수소 결합 때문입니다. 물 분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개가 결합한 형태를 가지고 있습니다. 산소는 주변의 전자를 강하게 끌어당기는 성질이 있어 마이너스 전하를 띠고 있고 수소는 플러스 전하를 띱니다. 이렇게 되기 때문에 물 분자의 산소가 다른 물 분자의 수소를 강하게 끌어 당기는데, 이것을 수소 결합이라고 부릅니다. 얼음이 되면서 부피가 팽창하는 이유 온도에 따라 수소 결합의 형태가 어떻게 변하는지 알면 얼음이 물에 뜨는 이유를 알게 되...

 놀이공원의 꽃이자 최고의 짜릿함을 주는 놀이기구는 누가 뭐래도 롤러코스터 입니다. 롤러코스터의 재미는 엄청나게 빠른 속도로 달리다가 360도 원형 궤도를 돌며 거꾸로 지나가는 순간입니다. 머리가 땅을 향하고 몸이 허공에 거꾸로 매달려 있는데도 사람이나 열차는 땅으로 떨어지지 않고 궤도를 무사히 빠져나옵니다. 지구상의 물체는 모두 중력의 영향을 받아 아래로 떨어지는데요. 롤러코스터가 거꾸로 매달려도 떨어지지 않는 이유는 무엇일까요? 단순하게 안전벨트로 인해서 일까요? 하지만 롤러코스터의 360도 회전 궤도안에는 물리학 법칙이 담겨있습니다. 그래서 그 이유를 원심력과 구심력, 에너지 보존 법칙을 설명해드리려고 합니다. 회전하는 물체의 두가지 힘 구심력과 원심력 롤러코스터가 거꾸로 매달려도 떨어지지 않는 이유를 알기 위해서는 원을 그리며 도는 물체에 작용하는 두가지 힘을 알아야하는데요. 그것은 구심력과 원심력입니다. 중심을 향해 잡아당기는 구심력 어떤 물체가 원을 그리며 회전하려면 밖으로 도망가지 못하게 원의 중심쪽으로 끊임없이 잡아당기는 힘이 필요합니다. 이것을 구심력이라고 하는데요. 롤러코스터에서는 튼튼한 철제 궤도가 열차의 바퀴를 잡고 원의 중심으로 밀어주는 구심력 역할을 하고 있습니다. 밖으로 나가려는 원심력 자동차가 커브 길을 빠르게 돌면 몸이 바깥쪽으로 확 쏠리는 것을 느껴보셨을 건데요. 물체는 원래 가던 직선 방향으로 계속 가려는 성질이 있는데, 억지로 원운동을 시키면 원의 중심에서 바깥쪽으로 튕겨 나가려는 힘이 생깁니다. 이것을 원심력이라고 합니다. 구심력과 원심력은 방향만 반대일 뿐 그 힘의 크기는 같습니다. 회전속도가 빠를수록 바깥으로 튕겨 나가려는 원심력도 엄청나게 커집니다. 롤러코스터가 추락하지 않는 이유 이제 롤러코스터가 추락하지 않는 이유를 알아볼까요? 360도 회전 궤도의 정점인 가장 높은 곳에서 거꾸로 매달려 있는 순간을 상상해 봅시다. 이떄 열차를 아래로 끌어당기는 중력이 작용합니다. 하지만 열차는 매우 빠른 속도로 원을 그리...

스타워즈나 가디언즈 오브 갤럭시와 같은 우주 배경의 영화를 보면 우주선에서 레이저나 무기로 공격을 하여 폭발할 때 콰콰강 하는 엄청난 굉음이 극장 안을 가득 채웁니다. 시각적 쾌감과 함께 들려오는 웅장한 사운드는 우리의 심장을 뛰게 만들지만 과학적인 관점에서 보면 이것은 상상력이 만들어낸 거짓말입니다. 만약 실제로 우주 공간에서 거대한 폭발이 일어난다면 우리는 단 하나의 작은 소리도 들을 수 없는 완변한 침묵만을 겪게 됩니다. 거대한 에너지가 발생했는데도 왜 우주에서는 아무 소리도 들리지 않는 것일까요? 소리의 성질을 이용하여 왜 우주가 침묵의 공간일 수 밖에 없는지 물리적 이유를 설명해드리겠습니다. 진동이 만드는 물리학적 파동 우리가 매일 듣는 사람의 목소리, 자동차 경적, 음악 소리 등 모든 소리의 근원은 바로 진동입니다. 목에 손을 대고 말을 해보면 성대가 파르르 떨리는 것을 느낄 수 있습니다. 떨림이 주변의 공기를 밀고 당기면서 에너지가 파도처럼 퍼져나가는데요. 이를 과학적인 용어로 음파라고 합니다. 소리의 이동 방식 종파 파동은 에너지가 이동하는 방식에 따라서 횡파와 종파로 나뉩니다. 소리는 이 중에서 종파에 해당합니다. 종파란 파동이 나아가는 진행 방향과 입자들이 진동하는 방향이 나란한 파동을 말하는데요. 긴 용수철 장난감의 한쪽 끝을 잡고 앞뒤로 밀었다 당겼다 할 때 용수철이 빽빽해졌다가 헐거워지는 모양이 반복되며 앞으로 에너지가 전달되는 것과 같은 원리입니다. 소리의 징검다리 매질 종파인 소리가 우리 귀에 도착하기 위해서는 반드시 한 가지 필수 조건이 충족되어야 합니다. 바로 진동 에너지를 릴레이로 전달해 줄 매질이 필요한데요. 매질이란 에너지를 전달해주는 징검다리 역할을 하는 물질을 말합니다. 이어달리기와 도미노 게임 비유 소리가 전달되는 과정을 체육대회의 이어달리기에 비유해 보겠습니다. 성대의 떨림이라는 바통을 귀라는 결승점까지 전달하려면 트랙 위에 서서 바통을 넘겨받을 수많은 달리기 선수가 필요합니다.  도미노 게임도 같은 현상입니다...

 어린 시절 처음 두 바퀴 자전거를 배우던 때를 기억하시나요? 자전거 위에 가만히 멈춰 서 있을때는 균형을 잡지 못해 이리저리 비틀거리며 넘어지기 일쑤인데요. 용기를 내어 페달을 밟고 앞으로 나아가면 어느 순간 꼿꼿하게 서서 쓰러지지 않는 상황이 옵니다. 세발자전거와 달리 지지면이 좁은 두 바퀴 자전거는 가만히 있으면 무조건 쓰러질 수 밖에 없는 불안정한 구조를 가지고 있습니다. 그런데 왜 바퀴가 구르기 시작하면 중력을 거스르고 똑바로 서서 달릴 수 있을까요? 여기에는 사람들이 사람들이 발견한 물리학적 법칙들이 숨어 있습니다. 오늘은 두 바퀴 자전거가 쓰러지지 않는 이유를 자이로스코프 효과와 각운동량의 보존 법칙을 설명하면서 알려드리겠습니다. 멈춰있는 자전거는 왜 쓰러질까? 자전거가 달릴 때 안넘어지는 이유를 알기 위해서는 멈춰있을 때 왜 넘어지는지 먼저 알아야 합니다. 묾체가 땅 위에 안정적으로 서 있으려면 최소 3개의 지지점이 필요한데요. 카메라 삼각대나 세발자전거가 안정적인 이유가 바로 삼각형의 넓은 면을 만들어 내기 때문입니다. 하지만 두발 자전거는 땅에 닿는 점이 앞바퀴와 뒷바퀴 단 2개 뿐인데요. 두 점을 이으면 면이 아니라 하나의 얇은 선이 됩니다. 이 얇은 선 위에 사람이 무겁게 타면서 무게중심이 올라가 있는 형태인데요. 이렇게 된 상태에서 좌우로 살짝만 흔들어도 중력이 끌어당겨 바닥으로 쓰러질 수 밖에 없습니다. 자전거를 세우는 자이로스코프 효과 쓰러지기 직전의 자전거 페달을 밟아 바퀴를 굴리면 자전거를 똑바로 세워주는 첫 번째 물리법칙인 자이로스코스 효과가 발생합니다. 자이로스코프 효과란 빠르게 회전하는 물체는 원래의 회전축을 끝까지 유지하려고 하는 성질을 말합니다. 이해하기 쉽게 팽이를 예를 들어 볼게요. 팽이는 바닥에 세우려고 해도 바로 쓰러지지만 빠르게 돌리게 되면 비스듬히 기울어져도 절대 쓰러지지 않고 회전하게 됩니다. 자전거의 바퀴 역시 거대한 팽이처럼 빠르게 굴러가며 회전하기 시작하면 바퀴 자체에 강한 회전축이 생기면서 좌우...

 유튜브나 뉴스에서 국제우주정거장에 머무는 우주비행사들의 영상을 보신적이 있을까요? 우주비행사들이 허공에 둥둥 떠다니며 방울로 된 물을 마시고 무거운 짐이나 물건을 손가락 하나로 툭툭 밀어서 이동시키는 모습은 정말 신기합니다. 우리는 이런 현상을 보고 당연하게 우주에는 중력이 없는 무중력 상태로 받아들이고 있습니다. 하지만 아이러니하게도 인류가 우주에 대해 가지고 있는 가장 큰 착각 중 하나라고 합니다. 우주정거장이 떠 있는 우주 공간에는 여전히 지구의 강력한 중력이 작용하고 있습니다. 그렇다면 중력이 존재하는데도 왜 우주비행사들이 허공을 날아다닐 수 있는 것일까요? 오늘은 우주정거장은 정말 무중력일까? 라는 질문에 대해 설명해드리려고 합니다.  우주정거장에는 중력이 없을까? 우리가 땅에 발을 딛고 있는 이유는 지구가 우리를 끌어당기는 힘인 중력 때문인데요. 거리가 멀어질수록 중력이 약해지는 것은 맞지만 중력이 완전하게 0이 되려면 지구로부터 생각지도 못할 정도로 멀리 떨어져야 합니다. 우주정거장의 고도와 중력 크기 국제우주정거장은 지구 표면에서 약 400km 상공에 떠 있는데요. 이 거리는 서울과 부산정도의 거리로 우주적 관점에서 보면 엄청나게 가까운 거리입니다. 그래서 과학적으로 계산해보면 중력이 지구 표면의 90% 정도가 되는데요. 이렇게 보면 지구에서 100kg인 사람이 여전히 90kg에 달하는 힘으로 지구를 향해 끌어당겨진다고 볼 수 있습니다. 그렇다면 이렇게 무거운 상태인데 어떻게 우주비행사들이 둥둥 떠 있는 것일까요? 둥둥 떠다니는 진짜 이유 우주비행사들이 자신의 몸무게를 느끼지 못하고 떠다니는 이유는 중력이 없어서가 아니라 우주정거장과 우주비행사가 지구를 향해 끊임없이 자유낙하를 하고 있기 때문입니다. 끊어진 엘리베이터의 비유 이것을 이해하기 위해 엘리베이터를 상상해볼게요. 만약 여러분이 엘리베이터를 타고 있는데 갑자기 사고로 인해 바닥을 향해 자유낙하를 한다고 가정해보겠습니다. 이때 사람과 엘리베이터는 똑같은 속도로 바닥을 향해...

 영화나 애니메이션에서 사막을 걷다가 지친 주인공이 멀리서 보이는 찰랑거리는 오아시스를 향해 뛰어가지만 막상 도착하면 뜨거운 모래만 있는 장면을 많이 보셨을텐데요. 무더운 여름 꽉막힌 고속도로에서 저멀리 보이는 앞쪽 아스팔트 위에서 물웅덩이처럼 보이는 모습도 종종 보셨을거에요. 우리를 허탈하게 만드는 이 현상을 신기루라고 부르는데요. 과거 사람들은 신기루를 악마의 장난이나 환각으로 생각했지만 우리의 눈이나 뇌가 잘못 판단하는 것은 아닙니다. 빛과 열 그리고 대기가 만들어내는 과학적인 현상으로 자연의 광학적 모습입니다. 오늘은 사막의 오아시스 신기루가 생기는 원리를 알아보기 위해 빛의 굴절과 전반사를 소개해드리겠습니다. 신기루를 만드는 온도와 공기의 밀도 신기루가 만들어지기 위해서는 첫번째로 지표면과 그 위 공기의 극심한 온도 차이입니다. 빛은 우주와 같은 진공상태에서는 방해물 없이 쭈욱 직진하는 성질이 있지만 물이나 공기같은 물질을 통과할 때 속도가 변하게 됩니다. 한여름의 아스팔트나 사막의 모래는 태양열을 받아 펄펄 끓을 정도로 뜨거워집니다. 하지만 그보다 높은 위쪽의 공기는 상대적으로 차가운 편입니다. 뜨거운 바닥 공기: 공기가 가열되어 팽창하므로 밀도가 매우 낮습니다. 방해물이 적어 빛의 이동속도가 빠릅니다. 위쪽의 차가운 공기: 공기가 수축하여 밀도가 높습니다. 방해물이 많아 빛의 이동 속도가 느립니다. 진흙탕에 빠진 자동차 공기 층마다 밀도와 빛의 속도가 달라지면 하늘에서 땅으로 내려오던 빛은 꺾이는 현상을 겪게 됩니다. 이것을 빛의 굴절이라고 부릅니다. 자동차 바퀴 비유로 굴절 이해해보기 이해하기 쉽게 도로를 달리는 자동차에 비유해 볼게요. 자동차가 매끄러운 도로를 달리다가 오른쪽 바퀴만 끈적한 진흙탕에 빠졌다고 상상해볼게요. 왼쪽 바퀴는 여전히 빠른데 오른쪽 바퀴만 느려지면 자동차는 자연스럽게 오른쪽으로 휘어지게 됩니다. 빛도 이와 같이 행동을 하게 되는데요. 파란 하늘에서 출발한 빛이 땅을 향해 비스듬히 내려오면서 밀도가 높은 공기에서 밀...

 매년 여름과 가을이 되면 일기예보에서 긴장하며 전하는 소식이 있는데요. 거대한 비바람을 몰고 오는 불청객 태풍의 북상 소식입니다. 우주에서 위성으로 바라본 태풍은 하얀 구름이 거대한 소용돌이를 치여 돌아가는 무서운 모습을 하고 있습니다. 하지만 태풍은 인간을 괴롭히게 만드는 것만은 아닌데요. 적도 부근에 쌓여 있는 뜨거운 열기를 차가운 극지방으로 배달해주는 지구의 에어컨이자 보일러 역할을 하는 자연현상 전달자입니다. 그래서 태풍이 발생하는 조건과 소멸 과정을 알아보려고 하는데요. 열대 저기압이 발생하는 조건과 코리올리 힘의 비밀을 소개해드려고 합니다. 태풍이 탄생하기 위한 3가지 필수 조건 아무 바다에서나 태풍이 만들어지는 것은 아닌데요. 태풍이라는 거대한 에너지가 시동을 걸기 위해서 완벽하게 맞아떨어지는 필수 조건이 필요합니다. 수온 26.5도 이상의 뜨거운 바닷물 태풍의 유일하고도 가장 강력한 에너지원은 바로 수증기 입니다. 태풍이 만들어지려면 바닷물의 온도가 26.5도 이상으로 뜨겁게 달궈져야 합니다. 목욕탕의 뜨거운 탕 위로 엄청나게 많은 수증기가 모락모락 피어오르는 것을 상상해보세요. 적도의 뜨거운 바다에서도 쉴 새 없이 막대한 양의 수증기를 하늘로 증발시키고 있습니다. 이때 태풍이 사용할 수 있는 에너지원이 계속 공급되는 것이에요. 강력한 상승 기류 바다에서 증발한 수증기가 하늘 높이 올라가기 위해서는 주변의 공기를 위로 빨아들이는 강력한 상승 기류가 필요합니다. 수증기가 하늘로 올라가서 차가워지게 되면 거대한 적란운이 뭉게뭉게 만들어집니다. 수증기가 물방울로 변할 때는 많은 열을 방출하는데 이 열이 공기를 데워서 상승 기류를 폭발적으로 만드는 무한 루프를 형성하게 됩니다. 소용돌이를 만드는 코리올리 힘 구름이 아무리 높게 자라나도 그냥 위로 올라가기만 한다면 소나기에 그칠 뿐 태풍이 되지 못하는데요. 거대한 비구름이 빙글빙글 회전하면서 뭉쳐야만 태풍이 됩니다. 이 회전을 만들어내는 우주의 힘이 바로 코리올리 힘입니다. 회전하는 팽이 코리올...