[아르키메데스가 들려주는 부력 이야기]

아르키메데스가 들려주는 부력 이야기 ㅣ 과학자가 들려주는 과학 이야기 20
송은영 지음 / 자음과모음 / 2010년 9월

<과학자가 들려주는 과학이야기> 20번째 이야기는 『아르키메데스가 들려주는 부력 이야기』이다. 이번 책에서는 부력, 지레의 원리 등으로 알려진 물리학자 아르키메데스가 어린이들을 대상으로 부력에 대해 총 10번에 걸친 수업을 진행하는 내용이 소개된다.

첫번째 수업에서는 우리가 부력이라고 하면 가장 먼저 떠올리게 되는 물과 부력에 대한 내용을 가르쳐 준다. 모래사장과 물속에서 똑같은 돌을 들어올려도 물속에서 들어올리는 것이 더 적은 힘이 든다는 것을 실험을 통해서 보여주는데, 여기에서 나온 말이 물이 도우미 작용한다는 것이다.

즉, 물은 아래에서 위로 물체를 떠올려 주는 힘을 지니고 있는데 이러한 힘이 바로 부력 이다. 함께 알아둬야 할 것으로 중력이 나오는데, 이것은 지구가 물체를 중심 쪽으로 잡아당기는 힘을 말한다. 따라서 부력은 아래에서 위로 작용하고, 중력은 위에서 아래로 작용한다. 부력과 중력은 서로 반대쪽으로 작용하는 것이다. (p.19)

그렇다면 부력은 왜 항상 위로만 작용하는가에 대한 해답은 위쪽과 아래쪽에 각각 놓인 바닷물이 작용하는 수압의 차이에 의해서 생기는 알짜 수압이 위로 떠오르게 하는 부력을 낳기 때문이다.

책에는 아주 유명한 가짜 왕관에 대한 아르키메데스가 그 유명한 유레카(그리스어로 '알아냈다'는 뜻)를 외친 사건도 소개되어 있는데, 이 역시도 부력과 관련되어 있음을 알 수 있다. 흥미로운 이야기를 서두로 본격적인 아르키메데스의 원리가 소개된다.

여기에선 모양이 불규칙한 물체의 부피를 계산하는 방법이 나오는데, 물이 가득 찬 수조에 물체를 넣고 흘러넘친 물을 모아서 그 물의 부피를 측정하면 된다(p.63)고 한다. 이어진 수업을 통해서 정의를 내린 아르키메데스의 원리는 물에 잠긴 물체는 위로 향하는 부력을 받으며, 그때의 부력은 밖으로 흘러넘친 물의 무게와 같다(p.81)는 것이다.

여섯 번째 수업에서는 유체와 파스칼의 원리에 대해서 사우나실에서의 사례가 소개된다. 이는 유체의 한 곳을 누른 압력은 모든 곳 모든 방향으로 그대로 전달되어서, 단면적에 비례하는 힘을 얻는다(파스칼의 원리)는 것이다. 이후 수업에서는 공기의 부력에 대해서 기구, 열기구, 가스 기구, 비행선을 통해서 설명을 하고 있다. 마치 실제로 사람이 타고 있을 때의 느낌을 묘사하듯 자세히 표현하고 있어서 이해를 돕는다.

이렇듯 10번의 수업은 본문과 부록에는 만화로 본문 읽기, 과학자의 비밀노트, 과학자 소개, 과학 연대표, 체크, 핵심 내용, 이슈, 현대 과학 등의 코너를 활용해서 내용과 용어를 정리하고 부가 설명을 하므로써 이 책을 읽을 어린이들이 좀더 쉽게 이해할 수도 있도록 도와준다.

[레오나르도 다 빈치가 들려주는 양력 이야기]

레오나르도 다 빈치가 들려주는 양력 이야기 ㅣ 과학자가 들려주는 과학 이야기 19
송은영 지음 / 자음과모음 / 2010년 9월

<과학자가 들려주는 과학이야기> 19번째 이야기는 우리에겐 <모나리자>라는 그림으로 더 잘려진 『레오나르도 다 빈치가 들려주는 양력 이야기』이다. 레오나르도 다 빈치는 위대한 화가로 우리에게 익숙하지만 그는 실제로 다양한 분야에서 업적을 남긴 천재라고 할 수 있겠다.

이 책에서는 어린이들의 눈높이에서 양력에 대한 설명을 하고 있다. 레오나르도 다빈치는 무려 1492년에 지금의 헬리콥터와 비슷한 비행 기계를 설계했다고 하는데 이런 비행기가 날 수 있는 것도 양력 덕분이기 때문에 어쩌면 양력에 대해서 가장 잘 설명할 수 있는 사람이라고 할 수도 있을 것이다. 게다가 이 책은 역사적인 상황을 통해서 양력에 대해서 설명한다고 하니 더욱 기대될 것이다.

총 10번의 수업을 통해서 우리가 하늘을 날 수 있 원리이자 힘인 양력에 대해서 다양한 사례를 들어서 설명을 하기 때문에 지루하지 않은 수업이 될 것이다. 인간이 하늘을 나는 것에 대해 동경을 하게 되고, 이런 마음은 이카로스 신화를 통해서도 고스란히 나타난다.

레오나르도 다빈치의 연구를 시작으로 본격적인 글라이더에 대한 연구가 19세기 초, 영국의 케일리라는 사람에 의해서 시작되고, 시험비행을 하기도 한다. 하지만 비행의 역사를 연 사람은 독일의 릴리엔탈 형제라고 한다. 책에서는 이 내용과 관련해서 두 가지의 글라이더와 사고 실험이 소개되기도 한다. 이런 연구와 실험을 통해서 공기가 날개를 들어 올려 주는 힘을 양력이라고 한다는 것을 알게 된다.

이후 우리가 비행기하면 가장 먼저 떠오르는 라이트 형제와 플라이어 호의 이야기가 나온다. 이들은 1903년 12월 17일 미국의 노스캐롤라이나 주 키티호크 해안의 킬데빌 언덕에서 플라이어 호를 타고 비행을 선보인다. 그리고 이들이 비행에 성공할 수 있었던 비결인 엔진에 대한 내용도 이어지는데 증기 기관 엔진을 시작으로 해서 가솔린 엔진, 제트 엔진, 램제트 엔진, 스크램제트 엔진으로의 발명이 이어진다.

새가 비행할 수 있는 건 날개 때문이기에 다음 수업에서는 비행기 날개에 숨은 비밀에 대해 말해준다. 또한 유체의 빠르기와 압력은 반비례한다는 베르누이의 정리도 알아두어야 할 것이다. 또한 이 베르누이의 정리를 이용에 대해서는 야구의 변화구로 설명을 해준다.

일곱 번째 수업에서는 레오나르도 다빈치도 설계했었던 헬리콥터와 양력의 관계, 그렇다면 사람은 왜 날지 못하는가에 대한 이야기가 나오는데, 사람은 펼칠 새처럼 활짝 펼칠 수 있는 날개도 없지만, 더 근본적이고 결정적인 이유는 죽지의 힘이 새와 비교할 수 없을 정도로 약하기 때문이다.

새의 날개와 양력은 날개 면적이 넓으면 넓을수록 양력을 많이 받을 수 있고, 새의 깃털이 활짝 펼쳐지기 수운 구조이기 때문에 날개 면적을 넓게 해주며, 새의 위 깃털이 아래 깃털의 옆을 비키어 포개듯 붙어있는 구조는 날개에 부딪히는 공기의 흐름을 원활하게 해주기 때문에 날개가 받는 양력을 최대로 끌어 올려주기 때문에 새는 날 수 있는 것이다.

끝으로 철새들이 이동시 앞 철새의 날개 끝을 따라서 V자 형태로 줄지어 나는 것의 이유를 말해주는데, 에너지 소모를 상당히 줄일 수 있고, 공기와의 마찰에 의한 저항을 적게 받고, 날개짓에서 일어나는 공기의 소용돌이를 최상으로 얻어 떠오르는 힘을 유지할 수 있기 때문이다.

이상과 같이 양력에 대해서 다양한 비행기구와 새와 인간의 차이, 양력을 최대한 활용하기 위한 방법 등에 대해서 레오나르도 다빈치의 친절한 설명으로 알아볼 수 있는 것이다. 또한 역사적 사실, 다양한 실험, 용어 정리, 만화로 본문 읽기, 과학자 소개, 과학 연대표 등으로 설명을 깊이를 더하고 쉽게 이해할 수 있도록 도와준다.

[디오판토스가 들려주는 방정식 이야기]

디오판토스가 들려주는 방정식 이야기 ㅣ 과학자가 들려주는 과학 이야기 18
정완상 지음 / 자음과모음 / 2010년 9월

과학자가 들려주는 과학이야기 18번째 이야기는 『디오판토스가 들려주는 방정식 이야기』이다. 디오판토스는 우리를 학창시절 고민하게 만든 방정식의 창시자라고 한다. 이 책은 바로 그 디오판토스가 총 9번에 걸쳐서 수업을 하는 형식으로 만들어져 있는데 이런 일차방정식의 활용 문제를 많이 다루고 있다고 한다.

첫수업은 등호가 있는 식을 말하는 등식에 대해서 이야기하고 있으며, 두번째 수업에서는 미지수의 일차항만을 포함하는 방성식인 일차방정식이 무엇인지를 알려준다. 수업에서는 일차방정식을 풀이하는 방법도 자세히 소개하고 있는데 그 내용이 추를 이용한 실험과도 같은 표현이여서 흥미롭고, 집중이 될 것 같다.

다음으로는 일차방정식을 이용하는 문제가 나온다. 실제로 속력이나 농도와 같은 문제들은 일차방정식을 이용한다고 한다. 일차방정식을 풀었다면 미지수가 2개인 일차방정식인 연립방정식을 푸는 방법도 알아야 할 것이다. 디오판토스는 동전을 이용해서 이 문제를 소개하고 이어서 연립방정식을 어떻게 푸는지에 대해서 식을 세워가면서 자세히 소개한다.

과학자가 들려주는 과학이야기 시리즈의 다른 책들도 결코 만만히 볼 순 없지만 이 책은 확실히 수학적인 내용을 다루고 있고, 그 수준이 어린이 입장에서도 어려워할 수 밖에 없는 내용인지라 더욱 집중해서 봐야 할 것 같다. 그리고 더 많이 읽고 직접 문제를 풀어보는 방법도 읽을 것이다.

게다가 뒤로 갈수록 문제는 더 심화되는 분위기다. 이차방정식 풀기, 이차방정식의 근의 공식, 이차방정식을 사용하는 문제를 함께 풀어 본 다음, 마지막은 황금비에 대한 내용까지 다루고 있다. 각각의 수업에서는 디오판토스의 성실한 설명과 다양한 사례들을 함께 볼 수 있고, 실제로 책속에 쓰여있는 순서대로 풀어보면서 점차 자신의 것으로 익힐 수 밖에 없는것 같다. 물론 기본적인 개념은 반드시 이해가 필요할 것이다.

이러한 이해를 돕기 위해서 책은 '과학자의 비밀노트', '과학자 소개', '과학 연대표' 등의 코너를 이용해서 더 많은 정보를 전달하고 있으며, 마지막에는 앞선 수업 내용을 복습하고 이해하는 차원에서 읽어 볼 수 있는 <수사반장 이쿠스>라는 저자의 창작 동화가 나오기 때문에 이 부분도 놓치지 않으면 좋겠다.

[퀴리 부인이 들려주는 방사능 이야기]

퀴리부인이 들려주는 방사능 이야기 ㅣ 과학자가 들려주는 과학 이야기 17
정완상 지음 / 자음과모음 / 2010년 9월

과학자가 들려주는 과학이야기 17번째 이야기는 『퀴리 부인이 들려주는 방사능 이야기』이다. 이 책에서는 물리학상과 화학상에서 두번의 노벨상을 수상한 20세기 최고의 여성 물리학자인 퀴리 부인이 등장해서 학생들에게 방사능의 원리에 대해서 수업을 하게 된다. 일본 대지진으로 인해서 방사능 물질이 유출되었고 이는 인간은 물론 바다 생물에게도 직접적인 영향을 미칠 것이라는 무섭고도 위험한 이야기를 들어 본 적은 있을 것이다.

그래서인지 일단 방사능이라고 하면 왠지 무서운 존재로 여겨지는 것이 사실이다. 하지만 퀴리 부인은 9일간의 수업을 통해서 학생들에게 방사능에 대한 정확한 개념 정의와 함께 방사능의 활용면에 있어서도 알려주기 때문에 방사능에 대한 오해와 무지를 제대로 종식시킬 수 있을 것이다.

첫번째 수업에서는 눈에 보이지 않는 빛에 대해서 소개하는데, 일단 우리 눈으로 볼 수 있는 것은 가시광선이며, 그 반대는 적외선, 마아크로파, 자외선이 있다. 두번째 수업에서는 전선이 없이도 불이 켜지는 형광등의 원리에 대해서 알아 보는데, 먼저 방정관의 원리를 소개한 다음 이어서 형광등의 원리가 나온다. 여기에서는 실험을 통해서 형광등을 만드는 방법이 소개되는데 만약 퀴리 부인이 우리 앞에 나타나서 이런 수업을 해준다면 정말 이 수업이 재미있겠다는 생각이 든다.

보통의 가시광선이 뚫고 지나갈 수 없는 장애물도 뚫고 지나가는 능력을 가진 것이 방사능이며, 이 능력을 가진 빔이 바로 방사선인 것이다. 이러한 기능을 활용할 수 있는 것은 공항 검색대의 모니터를 통한 가방 속 물건을 검사하는 것이라고 한다.

세상엔 신기하게도 스스로 방사선을 방출하는 물질인 천연 방사성 물질이 있다고 한다. 여기에는 우라늄이 있으며, 방사성 원소 라듐도 포함된다. 방사선에는 알파 방사선, 베타 방사선, 감마 방사선이 있다. 이후 세 수업 시간에 나누어서 이 세가지의 방사선에 대한 설명이 나온다. 끝으로 원자력과 방사능에 대한 이야기가 나오는데 영화 속 우주전쟁에서 빠짐없이 등장하는 핵폭탄에 대한 이야기도 읽을 수 있다.

책에는 이런 수업 내용 이외에도 '과학자의 비밀노트', '과학자 소개', '과학 연대표' 등을 통해서 부가적인 설명을 하고 동시에 좀더 쉽게 이해를 할 수 있도록 하고 있으며, 부록에는 '방사선으로부터 지구를 지켜라'라는 저자가 창작한 과학 동화도 수록되어 있기 때문에 함께 읽어 보면 수업 내용을 이해하는데도 도움이 될 것이다.

[하위헌스가 들려주는 파동 이야기]

하위헌스가 들려주는 파동 이야기 ㅣ 과학자가 들려주는 과학 이야기 16
정완상 지음 / 자음과모음 / 2010년 9월

과학자가 들려주는 과학이야기 16번째 이야기는 『하위헌스가 들려주는 파동이야기』이다. 『하위헌스가 들려주는 파동이야기』에서는 제목 그대로 파동 이론을 창시한 물리학자 하위헌스가 직접 아이들을 상대로 파동에 대한 모든 것을 수업의 형식을 빌려서 설명하는 것이다.

파동이라고 하면 물에 무엇인가가 떨어졌을때 물의 표면에 이는 움직임을 가장 먼저 떠올리게 되는데 이 책에서는 다양한 파동현상을 설명하면서 그것이 일상생활에서는 어떤 모습으로 나타나는지를 알려준다. 하위헌스는 파동이 어떻게 반사되고 어떻게 굴절되는지를 처음으로 알아낸 사람으로서 이 원리는 그의 이름을 따서 하위헌스의 원리라고 부른단다.

총 9번의 수업을 통해서 하위헌스는 아이들에게 파동의 원리를 설명하고 있는데, 가장 먼저 그렇다면 이 파동이라 무엇인지에 대한 수업이 시작된다. 즉, 파동은 어느 한 지점의 진동이 옆으로 퍼지는 현상(p.12)을 말하는데, 하위헌스는 이런 파동의 개념을 설명하기 위해서 아이들을 데리고 연못에 나가 연못 한 가운데에 돌을 던지는 것으로 이해를 시킨다.

이와 함께 한 점을 중심으로 방향을 바꾸어 왔다 갔다 하는 운동을 진동(p.14)이라고 한다는 설명도 몸소 시험을 보인다. 파장, 진동수와 파동의 에너지의 상관관계에 대해서는 파장이 짧을수록, 진동수가 클수록 파동의 에너지가 크다고 말한다.

음파를 설명하기 위해서 갑자기 폭죽을 터뜨려서 학생들을 깜짝 놀라게 하기도 하고, 다시 연못으로 가서 파동이 생기는 원천이라는 의미의 파원을 설명해주기도 한다. 또한 파동이 어떻게 반사가 되는지, 파동의 굴절, 파동의 간섭에 대해 알려준다.

아울러 제자리에 서 있는 파동인 정상파에 대해서도 설명하는데, 움직이지 않고 제자리에 서서 진동하는 파동인 것이다. 좀더 색다른 용어가 등장하는데, 도플러 현상이란 듣는 사람으로부터 멀어지는 파동의 진동수는 작아지고, 가까이 오면 파동의 진동수는 커지는 현상(p.108)을 의미한다.

쉽지 않은 이야기이지만 저자는 파동이라는 것에 대해서 창시자인 하위헌스를 불러와서 다양한 실험을 예로 들어서 개념들을 설명하고 있으면 점차 그 의미를 확대해 나가고 있는 것이다. 또한 '과학자의 비밀노트', '과학자 소개', '과학 연대표' 등의 코너를 포함시켜서 이야기의 깊이를 더하고, 일반적인 정보까지 함께 전달하고 있는 책이기도 하다.