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황북기 교수님의 따끈따끈 실험교실!

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황북기 교수님의 따끈따끈 실험교실!

2016.02.15 10:00
[어린이과학동아 2016년 2월 15일자] 출동! 어린이과학동아 기자단

꽁꽁 얼어붙은 겨울에 하면 좋은 일은? 방에서 깨알 같은 과학실험 즐기기! 마침 <어린이과학동아> 기자단에 ‘실험 전도사’ 선생님이 기자단 친구들을 위해 멋진 실험을 준비하고 계신다는 소식이 전해졌어요! 청소년에게 과학실험의 즐거움을 널리 알리고 계시는 한양대학교 황북기 교수님이 그 주인공이랍니다~. 기자단 기자들이 이런 소식을 놓칠 수 없겠죠? 다 함께 실험하러 출동~!

 

김은영 기자 gomu51@donga.com 제공
김은영 기자 gomu51@donga.com 제공


실험 1 ▶ 자이로드롭의 원리를 밝혀라!


“친구들, 자이로드롭 좋아해요? 그럼 자이로드롭이 바닥에 부딪히지 않는 이유는 뭘까요?”


자이로드롭은 높은 곳으로 올라갔다가 자유낙하 하는 놀이기구예요. 자유낙하는 외부에서 가하는 다른 힘 없이도 중력에 끌려 땅으로 떨어지는 것을 말하지요. 그런데 자이로드롭은 땅에 가까워지면 갑자기 속력이 느려지며 멈추어요. 대체 무슨 힘으로 자이로드롭을 멈추는 걸까요?


기자들은 황북기 교수님의 질문에 대한 답을 찾기 위해 실험을 해 보기로 했어요. 황 교수님의 지도 아래 긴 구리관과 플라스틱관에 각각 자석을 넣자 플라스틱관에 넣은 자석은 금새 책상 위로 툭 떨어졌어요. 하지만 구리관 안의 자석은 한참 후에야 내려왔답니다. 황 교수님은 신기해하는 기자들에게 그 이유를 설명해 주셨어요. 답은 바로 ‘맴돌이 전류’!


“구리나 철처럼 전기가 잘 통하는 도체 옆에서 자석이 움직이면 도체에 전류가 흘러요. 이 전기를 ‘맴돌이 전류’라고 한답니다. 구리관에 자석을 떨어뜨린 순간, 구리관에 생겨난 맴돌이 전류가 자석의 움직임을 방해한 거지요. 아래로 떨어지던 자이로드롭을 멈추게 하는 힘도 바로 맴돌이 전류예요. 자이로드롭의 좌석 밑에는 자석이 붙어 있어요. 이 자석이 자이로드롭 기둥 아래쪽의 금속 부근을 빠르게 지나갈 때 맴돌이 전류가 생겨나서 좌석을 멈추는 거랍니다.”

 

플라스틱관에 넣은 자석은 바닥까지 빠른 속도로 자유낙하한다.(왼쪽) 구리관에 넣은 자석이 구리관에 맴돌이 전류를 유도하고, 이 때문에 자석의 속력이 느려진다.(오른쪽) - 김은영 기자 gomu51@donga.com 고현아 디자이너 제공
플라스틱관에 넣은 자석은 바닥까지 빠른 속도로 자유낙하한다.(왼쪽) 구리관에 넣은 자석이 구리관에 맴돌이 전류를 유도하고, 이 때문에 자석의 속력이 느려진다.(오른쪽) - 김은영 기자 gomu51@donga.com 고현아 디자이너 제공

실험 2 ▶ 비타민 C를 찾아라!


다음으로 황 교수님이 내어놓으신 건 녹차, 유자 주스, 사과 주스였어요. 궁금해 하는 기자들에게 교수님은 특명을 내리셨답니다. 바로 이 음료들 속에 비타민 C가 얼마나 들어 있는지 찾기!


“비타민 C는 우리 몸에 꼭 필요한 영양소예요. 상큼한 감귤과의 과일이나 따뜻한 차, 신선한 채소 등에 많이 들어 있지요. 하지만 눈에 보이지 않기 때문에, 내가 먹는 음식 속에 비타민 C가 얼마나 들어 있는지 알기는 쉽지 않아요. 그런데 상처가 났을 때 바르는 소독약인 요오드팅크를 이용하면 음식물 속 비타민 C를 찾아낼 수 있어요. 요오드는 붉은 갈색을 띠고 있는데, 비타민 C와 반응하면 이 색이 사라지거든요. 반면 요오드가 녹말을 만나면 청남색으로 변하는 ‘요오드-녹말 반응’이 일어나지요.”


기자들은 교수님의 설명을 듣고나서 이 두 반응을 이용한 실험을 진행했어요. 먼저 컵에 각 음료와 녹말을 탄 물을 정확히 1:1로 맞춰 넣었어요. 그리고 각 컵에 요오드를 한 방울씩 넣으며 색 변화를 관찰했지요. 음료에 떨어뜨린 요오드는 먼저 비타민 C와 반응해 색이 사라져요. 비타민 C가 모두 요오드와 반응해 없어지면, 그 다음에는 녹말이 요오드와 반응하기 시작해 음료가 서서히 청남색을 띠게 되지요. 즉, 음료 안에 든 비타민 C가 많으면 많을수록, 더 많은 양의 요오드를 떨어뜨려야 색을 볼 수 있어요. 실험 결과 유자 주스, 사과 주스, 녹차 순으로 비타민 C가 많은 것을 확인할 수 있었답니다.

 

녹차에 17~20방울의 요오드 팅크를 넣자 색이 변했다. 하지만 사과 주스와 유자 주스는 각각 30방울, 48방울의 요오드 팅크를 넣어야 색이 변했다. - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공
녹차에 17~20방울의 요오드 팅크를 넣자 색이 변했다. 하지만 사과 주스와 유자 주스는 각각 30방울, 48방울의 요오드 팅크를 넣어야 색이 변했다. - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공

 

 

비타민 C 용액으로 흰 종이에 글씨를 쓰고 요오드 용액을 바르면 비타민 C가 요오드와 반응해 글씨가 하얗게 나타난다. - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공
비타민 C 용액으로 흰 종이에 글씨를 쓰고 요오드 용액을 바르면 비타민 C가 요오드와 반응해 글씨가 하얗게 나타난다. - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공

실험 3 ▶ 튼튼한 다리를 만들어라!


기자들이 마지막으로 한 실험은 콜라캔을 잔뜩 얹을 수 있는 튼튼한 다리 만들기! 교수님이 준비하신 재료는 단단한 스폰지인 ‘EVA폼’ 조각과 굵은 끈, 플라스틱 케이블이었어요. 퍼즐을 맞추듯 EVA폼을 맞추고, 가장자리에 플라스틱 케이블을 꽂은 뒤 케이블을 끈으로 연결하면 다리가 완성되지요. 이렇게 긴 줄로 상부를 연결한 다리를 ‘현수교’라고 한답니다. 끈이 물체를 당기는 힘인 ‘인장력’으로 다리의 상판을 지탱하는 다리지요.


그런데 기자들이 만든 현수교에 콜라캔을 올리자마자 바로 다리 중간이 내려앉는 ‘사고’가 발생했어요. 대체 이유가 뭐였을까요? 황 교수님은 기자들이 만든 현수교의 끈 상태를 지적했어요. 끈이 거의 직선으로 당겨져 있었거든요.


“현수교를 연결하는 줄이 직선을 이루면 다리의 상판이 받는 힘이 줄의 한 점에 모이게 돼요. 그럼 모인 힘을 버티지 못하고 다리가 쉽게 무너지죠. 하지만 끈을 아치형으로 느슨하게 늘어뜨리면 힘이 분산되면서 많은 무게라도 버틸 수 있게 된답니다. 끈의 형태를 조절하고 다시 콜라캔을 올려 보세요~!”


기자들은 교수님의 설명대로 끈을 느슨하게 늘어뜨렸어요. 중앙이 가장 낮아지도록 플라스틱 케이블의 길이를 짧게 조절하는 것도 잊지 않았지요. 500mL 캔 하나에 무너져 내린 팽팽한 현수교와 달리, 끈을 느슨하게 늘어뜨린 현수교는 500mL 콜라캔 5개에도 끄떡없이 버텼답니다.

 

현수교의 끈이 일자로 당겨져 있으면 금세 무너져 내리지만(왼쪽), 끈을 아치형으로 늘어뜨리면 힘이 분산돼 무거운 물체를 얹어도 버틴다(오른쪽). - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공
현수교의 끈이 일자로 당겨져 있으면 금세 무너져 내리지만(왼쪽), 끈을 아치형으로 늘어뜨리면 힘이 분산돼 무거운 물체를 얹어도 버틴다(오른쪽). - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공

추운 날씨에 굳어 있던 기자들의 얼굴이 실험을 마칠 때 즈음엔 환하고 신나는 표정으로 바뀌었어요. 즐거운 과학실험이 기자들의 ‘난로’ 역할을 해 주었거든요. <어린이과학동아> 독자 친구들도 추운 겨울을 과학실험으로 따뜻하게 보내 보세요~!

 

도움★황북기 (한양대학교 청소년과학진흥센터 연구교수)

 

기사에 나온 실험들은 황 교수님이 쓰신 <황북기 박사의 노빈손 과학실험>(뜨인돌, 2015)에서도 만나볼 수 있어요~! - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공
기사에 나온 실험들은 황 교수님이 쓰신 <황북기 박사의 노빈손 과학실험>(뜨인돌, 2015)에서도 만나볼 수 있어요~! - 김은영 기자 gomu51@donga.com 제공

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