생글생글

과학과 놀자

물에서 몸이 뜨는 것처럼 부력이 존재한다는데…물체와 유체의 밀도 차이를 이용해 원심분리 기술 개발

우리가 배우는 여러 가지 과학 개념은 서로 다른 맥락과 영역에서 정의돼 얼핏 보면 서로 상관없는 것 같지만 매우 긴밀하게 관련된 경우가 종종 있다. 또 동일한 개념인데 각기 다른 맥락에서 사용하다 보면 서로 간의 관계를 의식하지 못할 때가 있다. 그중 한 사례로 '부력'을 들 수 있다. 부력은 물에서 몸이 떠받쳐지는 것같이 유체에 잠긴 물체가 뜨는 방향으로 작용하는 힘인데, 맥락에 따라 다르게 정의되고 서로 관련 없는 것처럼 사용된다.중학교 교육과정에는 물질이 상변화(相變化: 고체 액체 기체 등 물질 상태의 변화)를 해도 물질 자체는 변하지 않는다는 것을 확인하는 탐구활동이 제시돼 있다. 10년 전께 어느 중학교 교과서에 고체인 드라이아이스를 풍선에 넣고 저울로 무게를 측정한 뒤 기화해 풍선이 부푼 상태에서 무게를 다시 재 질량 차이가 없음을 확인하는 실험이 있었다. 마침 교생실습 수업을 참관하고 있었는데, 이 실험을 하던 6조 학생들이 드라이아이스의 승화 전과 후에 질량 차이가 있었음에도 측정 오차로 여기고 하나같이 질량 변화가 없다고 답했다. 하지만 실제 저울로 측정하면 <그림1>과 같이 드라이아이스가 기화해 풍선이 팽창하면서 저울의 수치는 점차 줄어든다. 이런 현상은 질량이 일정한 드라이아이스 풍선의 부피가 늘어나면서 부력이 커져 생기는 것으로, 다행히도 지금은 그 어느 교과서에서도 이 탐구 실험을 발견할 수 없다. 유체가 받는 중력에 의한 압력 차 vs 물체와 유체의 밀도 차부력은 일상에서 늘 경험하고 편하게 사용하는 개념인데, 초등학교 교육과정에서 용어는 도입되지만 중·고등학교 교육과정에서는 개념을 학습하는 과정이

과학 기타

시스템

“봄이 됐다는 것을 어찌 알고 꽃들은 피고, 물체를 위로 던지면 위로 올라가다 왜 밑으로 떨어지는 것일까?” 설명이 가능한 우리 주변의 과학 현상이지만 접할 때마다 늘 경이로움을 느낀다. 인간은 커다란 시스템의 한 부분이라는 것도 생각하게 된다. ‘일정한 질서에 따라 끊임없이 변화하면서도 각 구성 요소가 일정한 규칙에 따라 상호 작용하면서 균형을 유지하는 집합’을 통합과학에서 시스템이라고 한다.경이로운 현상들중력(Gravity)은 태어나서 삶을 마감할 때까지 지속적으로 우리에게 가해지는 기본적인 힘이다. 하늘을 향해 던진 공은 일정한 높이까지 올라갔다가 다시 바닥으로 떨어지고, 폭포는 높은 곳의 물이 아래 방향을 향해 떨어진다. 힘의 작용을 받는 물체의 운동과 운동 상태의 변화, 정지 등과 관련한 물리적 현상을 역학(力學)이라 한다.중력의 영향을 받는 물체의 운동으로 자유낙하(自由落下)운동 등이 있다. 자유낙하운동은 초기 속도(v)가 0인 물체가 중력의 영향을 받아 지면을 향해 떨어지는 운동이다. 자유낙하운동하는 물체가 지표면에 도달할수록 물체를 잡아당기는 만유인력(萬有引力)은 두 물체 사이의 거리 제곱에 반비례하므로 증가한다.갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus)의 지동설을 확립하기 위해 ‘프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 2대 세계 체계에 관한 대화’를 저술했다. 그는 이로 인해 1633년 종교재판소에서 이단 판정을 받았다. 하지만 그는 재판장을 나오면서 “그래도 지구는 돈다”라는 유명한 말을 남겼다고 한다. 이처럼 갈릴레이는 지동설을 확고하게 믿고 있던 천문학자이기도 하다.갈릴레이의 논