빛과 소리

선생님이 교과서에서 뽑은 빛과 소리 ㅣ 과학나라 논술세상 19
이상호 지음, 일러매니아 그림 / 지경사 / 2007년 5월

나는 오늘 '선생님이 교과서에서 뽑은 빛과 소리'를 봤다.

여기서는 빛과 소리를 설명해준다.

하지만 나는 빛보다는 소리에 더 관심이 있어서 소리에 대해 더욱 자세히 보았다.

그래서 나는 소리에 대해 말해보겠다.

소리의 속도

    먼 곳에서 망치질을 하는 사람을 지켜 보면 얼마 후에야 소리가 들리는 것을 알 수 있다.

또 번개가 치고 한참 후에 천둥 소리가 들리는 것도 흔히 경험할 수 있다.

이와 같은 경험을 통해 우리는 소리가 빛보다 느리게 이동한다는 사실을 추측할 수 있다.

소리의 속도를 '음속'이라고 하는데, 빛의 속도와는 비교도 되지 않지만 그래도 제법 빠르다.

  소리의 속도는 바람, 온도, 습도 등 주위의 조건에 따라 달라진다.

하지만 소리의 크기(진폭)나 높낮이(진동수)는 속도와는 아무 상과이 없다.

큰 소리든 작은 소리든, 높은 소리든 낮은 소리든 소리가 전달되는 속도는 일정하다는 얘기이다.

  온도가 0도인 건조한 공기에서 소리는 1초에 330m를 간다.

온도가 20도일때는 340m를 간다.

즉, 온도가 따뜻해지면 소리의 속도는 더 빨라진다.

  음속은 전투기의 속도를 나타내는 기준으로도 사용된다.

여객기는 음속을 따라오지 못하지만 오늘날의 제트 전투기들은 워낙 속도가 빨라서 음속의 몇 배로도 날 수가 있다.

'마하 1'은 음속의 1배, '마하 2.5'는 음소의 2.5배라는 뜻입니다.

최근의 전투기들은 보통 마하 2 이상 되는 속도를 가지고 있다.

초음속 전투기의 충격파

  초음속 전투기는 소리보다 더 빠르게 날아가면서 충격파를 만든다.

충격파는 비행기에 의해 만들어진 파가 모두 한 곳에 압축되어 나타나는 것인데, 이 대는 공기의 압력과 밀도가 갑자기 커진다.

영활르 보면 항공 모함 바로 옆으로 전투기가 빠르게 비행하는 장면이 나오는데, 이 때 강한 충격과 진도, 큰 폭발음이 나면서 관제탑에서 커피를 마시던 사람들이 커피를 솓으며 깜짝 놀라는 장면을 볼 수 있다.

만약 초음속 전투기가 이렇게 땅근처를 난다면 지상에 사는 사람들에게 많은 피해르 줄 것이다.

그렇다면 이 충격파는 왜 생기는 것일까?

  바다에 가면 파도가 친다.

모래밭 바로 앞에선느 파도가 뒤집어지고 부서져서 옷을 입은 사람들은 파도를 피하느라 난리지만 조금 앞쪽을 쳐다보면 멀리에서부터 파도가 한 겹, 두 겹 차례로 다가오는 것이 보일 것이다.

이 파도가 모두 하나로 합쳐진다면 어떻게 될까?

어마어마하게 커지것이다.

  전투기는 하늘을 나는 동안 계속해서 이런 소리의 파도를 만들고 있다.

이 소리의 파도는 차례차례 공기 속을 진행하면서 우리에게 전달된다.

그런데 전투기가 워낙 빠르다 보니 이 소리의 파도가 미쳐 앞으로 나아가지 못한 채 계속 합쳐지고 압축되어서 강력한 파도가 되는 것이다.

  충격파가 생기면 그 안쪽의 압력이 낮아져서 수증기가 물방울로 변한다.

  그런데 압력이 낮아지면 왜 수증기가 물방울로 변할까?

물로켓을 쏘아 본 어린이들은 물로켓 발사 후에 발사대에서 흰 연기 같은 것이 나오는 것을 보았을 것이다.

이것도 강하게 압축되었던 공기가 압력이 낮아지면서 수증기가 물방울로 변하여 생긴 것이다.

충격파에 의해 구름이 생기는 원리와 같다.

곤충의 세계

선생님이 교과서에서 뽑은 곤충의 세계 ㅣ 과학나라 논술세상 21
박종규 글, 이명선 그림 / 지경사 / 2008년 4월

나는 오늘 '선생님이 교과서에서 뽑은 곤충의 세계'를 보았다.

여기서는 곤충의 대한 설명들이 많이 나온다.

그 중 내가 관심있는 것을 말해보겠다.

곤충의 특징

  언뜻 보기에 하찮아 보이는 곤충류가 끝없는 생존 경쟁을 겪으면서 현재까지 살아 남아 번성하고 있는 것은 신기한 일이다.

  곤충은 번식 속도가 아주 빠르기 때문에 몸을 지키는 방법을 여러 가지로 발전시킬 수 있었다.

  다음은 곤충류가 발전시켜 온 6가지 특징이다.

  날 수 있다는 것, 뛰어난 적응 능력, 단단한 껍질, 작은 몸집, 변태 그리고 특수한 생식 방법이 그것이다.

  새나 박쥐를 제쳐 놓고 곤충류가 다른 생물보다 뛰어난 점은 날 수 있다는 점이다.

날아다니기 때문에 곤충은 지구상의 모든 지역에 분포하여 살 수 있었다.

그리고 결혼 상대도 쉽게 찾을 수 있었고, 먹이를 찾아 좋은 장소로 갈 수 있었고, 외적의 공격을 피한느 것도 쉬웠다.

  생활 조건에 적응하는 능력은 다른 어떤 동물도 곤충을 따라올수가 없다.

곤충들은 특수한 힘을 발휘하여 아무리 어려운 환경이라도 견뎌낸다.

어떤 곤충은 영하 35도에서 꽁꽁 언 채로도 살고, 어떤 곤충은 50도나 된느 온천 속에서도 산다.

소금파리의 애벌레는 소금 속에서도 살고, 석유파리의 애벌레는 유전 지대의 원유속에서 살며 바구미느 대부분 동물들이 죽는 이산화탄소 속에서도 몇 시간이나 살 수 있다.

  곤충의 단단한 껍질도 생존에 크게 도움이 된다.

곤충의 몸은 뼈대신 단단하고 튼튼한 피부로 싸여 있다.

이 단단한 피부는 큐티큘라(cuticula)라는 물질로 되어 있어서 곤충의 몸을 지탱하고 몸 안을 보호한다.

  곤충은 몸이 작다는 특징도 있다.

몸이 작다는 것은 적게 먹어도 배가 차고, 어떤 환경에서는 적으로부터 숨을 장소를 쉽게 찾을 수 있다는 점에서 무척 유리하다.

  공상 과학 소설에는 흔히 사람보다 더 큰 곤충이 등장하기도 하는데 그것은 실제로 불가능하다.

크기가 커지면 곤충의 골격이 약해지고 산소 결핍 상태가 되기 때문이다.

  변태라는 특징도 곤충의 생존 경쟁에서 유리하게 작용한다.

대부분의 곤충은 완전 변태의 생활 방법으로 살아간다.

애벌레는 한가지 종류의 먹이를 먹고도 자랄 수 있으며, 날개가 달린 어미벌레는 애벌레 때와는 전혀 다른 것을 먹고 영양을 취한다.

그러나 대부분의 곤충들은 일생의 대부분을 초라한 애벌레로 지내면서 그 동안 생존 문제를 해결하기 위한 모든 적응력을 발달시킨다.

  자손을 퍼뜨리는 생식 방법에서도 곤충에게는 특징이 있다.

어른벌레는 교미 후에 새끼에게 필요한 적당한 먹이와 생활 조건이 갖춰질 때까지 알이 태어나는 것을 늦출 수가 있다.

즉, 곤충의 부모는 새끼가 태어나 잘 자랄 수 있는 환경을 제대로 만들어 주는 것이다.

동물

선생님이 교과서에서 뽑은 동물의 세계 ㅣ 과학나라 논술세상 6
박종규 지음, 일러매니아 그림 / 지경사 / 2007년 8월

나는 오늘'선생님이 교과서에서 뽑은 동물의 세계'를 봤다.

여기서는 여러가지의 동물들이 나온다.

포유류, 양서류, 파충류, 어류, 조류등 다양한 동물들이 나온다.

나는 그 중 변장술에 관심이 많아서 변장술을 구체적으로 읽었다.

그래서 나는 변장술의 대해서 말해본다.

청개구리의 변장술

  초록색의 청개구리 한 마리가 나뭇잎에 앉아 있는다.

이 때 한마리의 작은 무당벌레가 그 옆으로 날아와 앉았다.

청개구리는 날쌔게 혀를 내밀어 그 무당벌레를 잡아먹고 만다.

  그런데 만일 청개구리의 색깔이 눈에 잘 띄는 붉은색이었다면 무당벌레는 정대로 그 옆에 오지 않았다.

나뭇잎에 붙어서 살아가는 곤충들은 몸 색깔이 초록색인 경우가 많다.

그러나 땅 위에 떨어진 낙엽이나 흙더미 위에서 사는 곤충들의 몸 색깔은 갈색을 띠는 것이 많다.

위장과 의태

  동물들이 자기 몸을 감추는 방법으로 '위장'과 '의태' 2가지 망법이 있습니다. 위장은 동물들이 주위 색깔과 비슷한 자신의 몸 빛깔이나 무늬를 이용해 자기를 지키는 것이다.

색깔과 무늬가 바로 위장이며 동물들이 주위 환경에 따라 바뀌는 보호색도 그것에  속한다.

  또한 의태는 약한 동물을 잡아먹으려는 포식 동물이 먹일르 기다리기 위해 잎이나 잔가지, 새똥 따위와 닮은 모습으로 변장한 것을 발한다.

  예를 들어, 나뭇잎을 닮은 사마귀나 잔가지 모습을 한 자벌레 등은 의태를 한 대표적 동물이다.

  이렇게 위장이나 의태의 방법으로 자신을 보호하는 동물은 대부분 몸집이 작고 또 연약한 것들이다.

  새들의 알을 보면 대개 갈색 바탕에 얼룩무늬가 있는데 이것 또한 둥지에 놓인 알이 다른 동물의 눈에 띄지 않도록 하기 위한 위장술이다.

  동물 중에는 계절에 따라 색깔이 바뀌는 것이 있다.

추운 곳에서 사는 북극여우는 여름에는 갈색이지만, 겨울이 되면 흰색으로 변한다.

또한 주위 환경에 따라 잠깐씩 몸 색깔을 바꾸는 동물도 있다.

그 중에서도 카멜레온은 변색 전문가로 유명하다.

투명한 몸으로 자식을 지키는 동물

  영화 속에 등장하는 투명 인간은 사람의 눈에 보이지 않고 그림자도 생기지 않는다.

  그런데 이와 비슷하게 자신의 몸을 투명하게 하여 적을 피하는 물고기가 있다.

이들은 투명하기 때문에 눈에 띄기도 어렵고 그림자조차 없어 더욱 안전하게 몸을 숨길 수가 있다.

어떤 물고기인가?

  남아메리카에 사는 유리 메기(글래스 캣피쉬)가 대표적인 투명 물고기이다.

  또한 바다에 사는 투명 동물에는 해파리가 있다.

주로 바다에 떠서 살아가는 해파리는 움직임도 아주 느리다.

  매미나 잠자리의 투명한 날개도 적으로 부터 자신을 보호하는 데 큰 도움이 된다.

생존을 위한 동물들의 자기 보호

  이러한 위장술이 연약하고 작은 동물에게만 필요한 것은 아니다.

맹수인 호랑이가 황갈색과 검은색으로 줄무늬를 이룬 것은 숲에서 사냥을 할 때 다른 동물에 들키지 않고 몰래 접근하기 위한 변장술이다.

  동물들은 오랜 세월에 걸쳐 생존 경쟁을 벌이며 살아가는 동안에 참으로 놀라운 여러 가지 생존 방법을 발달시켰다.

보잘것 없어 보이는 하등한 동물이라도 유심히 관찰해 보면 모두가 놀랍고 흥미로운 생명체임을 알게 될 것이다.

과학 불가사의

선생님이 교과서에서 뽑은 과학 불가사의 ㅣ 과학나라 논술세상 30
박종규 지음, 구르는 돌 그림 / 지경사 / 2008년 10월

나는 오늘 '선생님이 교과서에서 뽑은 과학 불가사의'를 봤다.

여기에는 '과학 불가사의'가 정말 많이 나와 있다.

그 중 나는 인간의 자연 발화 현상이 가장 신기했다.

여기에는 자연 발화 현상을 겪은 사람들의 이야기가 많이 있는데, 그 중 1이야기만 하겠다.

1948년 영국 런던, 깊은 밤 잠을 자던 실버우즈는 방 안에서 무엇인가 타는 냄새를 맡고 깨어났다.

그러나 방 안에는 탈 만한 물건이나 어떤 정열기도 없었다.

  정체를 알 수 없는 냄새가 방 안을 뒤덮는 듯한 느낌을 받은 그는 연기가 자신의 주변에서 나는 것을 확인하고는 거울 앞으로 달려갔다.

자신의 몸을 살펴보던 중 팔과 다리엣 연기가 피어 오르는 것을 발견하고 곧장 화장실 욕조로 달려가 찬물에 몸을 담갔다.

물에 잠긴 팔과 다리에서 작은 거품이 일어나는 것을 본 그는 몇 분 뒤 아무런 이상이 없는 것을 확인하고 욕조 밖으로 걸어 나왔지만 곧 갑작스러운 통증을 느끼며 쓰러졌다.

  고통을 무릅쓰고 간신히 전화로 병원에 연락을 했고 구급차에 실려 병원에 간 실버우즈는 신체의 내부에 화상을 입었다는 진단을 받았다.

  그는 자신이 인체의 자연 발화 현상을 겪고 살아 남았다는 것을 깨달았다.

그의 몸은 몇 주가 지나서야 다시 전상 상태로 회복되어 걸어다닐 수 있었다.

정말 신기하다.

왜냐하면 어떻게 불도 없이 자연적으로 발화가 될 수 있는지 모르기 때문이다.

과학사건

선생님이 교과서에서 뽑은 과학 사건 ㅣ 과학나라 논술세상 24
김재영 지음 / 지경사 / 2008년 4월

나는 오늘 '과학사건'을 읽었다.

여기에서는 과학사건이 엄청 나와있다.

모든것을 여기에 나타낼수는 없고 몇개만 나타내겠다.

일단 세계 3대 발명에는

나침반

종이

화약이 있다.

이 세계 3대 발명은 놀랍게도 모두 중국이 만들었다.

나는 이 사실을 알고 깜짝 놀랐다.

그리고 중국인들도 이렇게 똑똑하다는 것을 알았다.

나침반은 지금으로부터 2000년 전 중국에서 발명되었다.

그 무렵 중국에서는 자침(자기장의 방향을 재는 데 쓰는 자석)이 남쪽과 북쪽을 가리킨다는 것을 알고 있었기 때문에 자침을 실로 매달아 바람이 없는 곳에 놓아 두고 바늘이 가리키는 방향으로부터 나아갈 방향을 정하였다.

이것이 현재 사용되고 있는 나침반의 기원이다.

종이는 105년, 중국에서 채륜이라는 사람이 처음으로 발명하였다.

종이가 발명되기 전까지는 대나무나 널빤지에 글을 썼었고, 고대 이집트에서는 파피루스라는 수초로 만들어 사용했다.

메소포타미아에서는 찰흙이 굳기 전에 빠르게 글씨를 새겨 쓰기도 했다.

종이는 글자를 표현하는 중요한 수단으로서 문화 발달의 기초를 이루는 데 중요한 역할을 했다.

인류의 역사에서 전쟁은 아주 오래 전부터 시작되었다.

전쟁에 사용된 무기를 살펴보면, 석기 시대에는 돌로 만든 투박한 도구를 사용하였고, 로마 시대에는 석궁이나 쇠뇌 같이 팽팽하게 당기는 힘을 이용해 화살과 동을 날려 보내는 정교한 무기들을 사용하였다.

  그 후 초석(질산칼륨)에 숯과 유황을 섞으면 폭발성 혼합물이 생긴다는 것을 알아 낸 중국인들이 화약을 발명하였는데 지금으로부터 약 1,000년 전부터 사용되었다.

그러나 누가 발명했는지에 대해서는 알려지지 않고 있다.

그리고 이번에는 과학 천재 아인슈타인의 상대성 이론에 대해 설명한다.

과학 천재 아인슈타인은 갈릴레이와 뉴턴의 상대성 원리를 개혁한 현대 물리학의 기초가 되는 이론을 탄생시켰다.

  '상대성'이란 '절대성'의 반대되는 말이다.

  따라서 상대성 이론이란, 간단하게 말하면 '시간과 공간은 절대적인 것이 아니며 관측하는 입장에 따라 바뀐다'는 이론이다.

  특수 상대성 이론에 따르면, 광속(빛의 속도 : 초속 29만 9,792km)에 가까운 속도로 날아가는 우주선 안에서는 시간의 흐름이 느려진다고 한다.

달 표면에 있는 사람이 보면, 우주선 안의 시간은 천천히 흘러간다.

  그렇다면 우주선 안에 있는 사람은 시간이 천천히 흐르는 것을 실감할까?

그렇지 않다.

왜냐 햐면 시간이 느려진다는 것은 사람의 독작에서부터 원자 하나하나의 움직임에 이르기까진 모든 것의 속도가 느려짐을 뜻하기 때문이다.

  즉, 우주선 안에 있는 사람에게는 아무런 변화도 없다.

이렇듯 상대성 이로에서는 누가 보는가가 중요한 것이다.

  달리는 기차 안에서 던진 공은 '기차 안에서 보면' 똑바로 올라가서 똑바로 떨어진다.

그러나 '기차 밖에서 보면' 공은 포물선을 그린다.

공의 움직임은 관측자에 따라 변하는 것이다.

  이러한 상대성 이론은 우주의 탄생과 에너지에 대해 설명할 수 있는 유일한 이로이라 할 수 있다.

이 '선생님이 교과서에서 뽑은 과학사건'에서는 내가 설명한 것 말고도 다른것들도 많다.

그리고 내가 설명한 것보다 더 자세하게 설명되어있다.