[NIE 교과서 속 이야기 신문에도 있네요] 중1 과학 (미래엔컬처그룹) Ⅶ. 힘과 운동

과학에서 ‘힘’은 물체를 밀거나 당기는 작용을 뜻한다. 힘의 종류는 여러 가지다. 물체끼리 떨어져 있을 때도 작용하는 힘은 중력·자기력·전기력 등이다. 중력은 지구와 같은 천체가 주변의 물체를 끌어당기는 힘을 말한다. 바람이 불지 않아도 사과가 떨어지고 물이 위에서 아래로만 흐르는 게 이 때문이다. 물체가 서로 닿았을 때 발생하는 힘은 마찰력·탄성력 등이다. 신문을 활용하면 교과서에 나오는 과학 원리와 개념을 쉽게 익힐 수 있다. 실험을 통해 과학 원리를 입증한 사례나 과학과 시사를 연계한 기사로 생생하게 배울 수 있어서다. 이번 주 NIE는 과학 교과서에 등장하는 여러 개념들을 마술로 증명해 봤다.

모든 물체는 위에서 아래로 떨어진다. 중력 때문이다. 이를 거슬러 아래에서 위로 움직이는 물체를 보면 ‘마술’이라 부른다. 영국 케임브리지대 생물학과 박사학위를 받은 과학자이자 국제마술협회 정회원으로 활동 중인 이원근 박사(48)는 “마술도 따지고 보면 과학”이라고 말한다. 지난 2일 이 박사가 중학생 2명을 만나 중학교 과학 교과서에 나오는 과학 이론을 마술로 풀이해줬다.

글=박형수 기자, 사진=황정옥 기자

간단한 마술로 중력·마찰력 등 설명

김진원(서울 목동중 1)군이 무게중심의 원리를 이용해 음료수 캔을 바닥에 세워 보이고 있다. [황정옥 기자]

“비스듬한 고무줄에 고리를 걸면 아래로 밀려 내려오지? 당연한 거야. 그럼 이건 어떻게 된 걸까?”

이 박사가 양손으로 잡고 있는 고무줄을 타고 고리가 마치 에스컬레이터를 탄 것처럼 쭉쭉 올라갔다. 김진원(서울 목동중 1)군은 눈을 동그랗게 뜨고 이 박사의 손을 살폈다. 이 박사가 아무것도 없는 손을 흔들어 보이자 김군은 “손에 자석을 감춰놓고 철로 만든 고리를 끌어당기는 줄 알았다”며 고개를 갸웃거렸다.

이 박사는 김군과 정지현(서울 월촌중 2)양에게 고무줄과 고리를 나눠주고 “어떤 원리가 숨어 있는지 직접 해보라”고 주문했다. 정양은 “그냥 실이 아니라 고무줄을 사용한 걸 보니 탄성을 이용한 게 확실하다”며 고무줄을 늘였다 줄였다 반복했다. 학생들이 한참 끙끙대자 이 박사는 “오른손을 잘 보라”며 다시 마술을 보여줬다. 그제서야 김군이 활짝 웃으며 이 박사가 한 마술을 그대로 해보였다. “고리를 걸 때 고무줄을 잔뜩 잡아당겨 오른손에 숨겨놓고 있다가 조금씩 풀면 고무줄이 오므라들면서 고리가 올라간 것”이라고 술술 설명했다. 정양은 “고리가 줄어드는 고무줄에 붙어 아래로 밀리지 않는 것은 마찰력 때문인 것 같다”며 숨은 과학 원리를 더 찾아냈다.

이 박사는 “과학 법칙은 ‘항상 그렇게 되는 게 당연한 일’로 여겨져 오히려 공부하기 어려워하는 사람이 많다”며 “마술은 당연한 법칙을 뒤집어 보여주기 때문에 과학에 대한 호기심을 더 자극한다”고 말했다.

마술로 과학 원리와 개념 쉽게 깨쳐

공진 이론을 간단한 마술로 설명하고 있는 이원근 박사.

마술은 어렴풋하던 과학 개념을 확실하게 이해할 수 있게 도와주기도 한다. 이 박사가 “무게중심이라는 말을 들어봤느냐?”고 묻자 두 학생 모두 고개를 끄덕였다. 하지만 “설명해보라”는 주문에는 어색하게 웃기만 했다.

이 박사는 탄산음료가 담긴 캔을 둥근 바닥의 모서리 한 점만으로 책상 위에 비스듬히 세웠다. 정양이 “접착제로 붙여놓은 듯하다”며 신기해 했다. 이 마술의 비밀은 무게중심이었다. 캔을 비스듬히 눕혔을 때 바닥에 닿는 한 점을 기준으로 수직선을 그었다고 가정하고 캔 안의 음료수가 양쪽에 같은 무게가 돼야 세울 수 있다. 이때 음료수가 가득 차 있다면 양쪽 무게를 조절할 수 없어 무게중심을 찾을 수 없다. 이 박사가 마술을 시작하기 전 캔의 음료수를 조금 덜어낸 게 이 때문이다. 원리를 이해하자 학생들도 금방 따라 했다. 김군은 “마술을 소재로 한 영화 ‘일루셔니스트’에 보면 긴 칼을 바닥에 똑바로 세우는 장면이 나와 신기했는데, 무게중심을 잘 활용하면 나도 할 수 있을 것 같다”고 했다.

이 박사는 ‘공진’의 원리도 마술로 알려줬다. 공진이란 외부에서 가한 진동 주파수가 물체 고유 진동 주파수와 일치하는 현상이다. 이 박사는 “이론만 듣고는 대학생들도 이해하기 어렵다”고 말했다. 마술은 간단했다. 일단 나무젓가락에 질량과 크기가 같은 두 개의 추를 실의 길이만 달리해 묶는다. 나무젓가락을 들고 있는 손으로 어떤 진동을 주느냐에 따라 움직이는 추가 달라진다. 묵직하고 긴 진동을 주면 긴 실에 묶인 추가, 가볍고 잦은 진동에는 짧은 실의 추만 흔들린다. 이 박사는 “과학 원리를 밝히지 않고 마술적인 속임수를 쓴다면 ‘바라보면 흔들린다’며 마치 눈으로 바람을 일으킨 듯 연출할 수 있다”며 웃었다.

첨단 기술을 활용한 마술도 보여줬다. 종이컵에 물을 따르더니 학생들을 향해 확 뿌리는 시늉을 했다. 학생들이 깜짝 놀라 피했지만 물은 한 방울도 떨어지지 않았다. 이 마술은 ‘고흡수 폴리머’라는 신소재를 활용한 것. 이 박사는 “고분자 물질이라 자기 부피보다 500배 많은 물을 수초 내에 흡수한다”고 알려줬다. 일본 원전사고로 인해 방사성물질이 유출됐을 때 오염수 유출을 막는 데 사용되기도 한 물질이다.

이 박사는 “세계적인 마술사 데이비드 카퍼필드는 과학자를 50명 이상 고용해 마술을 개발한다”며 “과학과 마술은 원리가 같은 셈”이라고 설명했다.

이원근 박사는

1963년 진주 출생. 경상대 생물학과 졸. 서울대 대학원을 거쳐 2000년 영국 케임브리지대 생물학과 이학박사 학위를 받았다. IBM 국제마술협회 정회원이며 마술 경력이 10년 넘는다. 현재 국회입법조사처 교육과학팀에서 과학 관련 입법조사관으로 활동 중이다.

중앙일보 기사로 더 생각해 보세요

즐거움과 호기심이 과학 교육의 생명

페이스북의 창업자 마크 저커버그(사진)는 “페이스북의 중요한 목적은 비즈니스보다 즐거움”이라고 강조한 바 있다. “수익이나 명예와 같은 성과가 아니라 사람들의 삶을 좀 더 윤택하게 만들고 싶다”는 말도 했다. 이런 순수함이 창의력과 열정으로 이어진 것이다. 창의력은 누가 알아주지 않더라도 본인만은 만족할 수 있는 내재적인 기쁨이 있을 때 발현된다. 특히 양적으로나 질적으로 배울 내용이 많은 과학기술 분야는 배움의 과정 자체가 즐겁고 성취감을 줘야 한다. 과학 강국을 꿈꾸는 우리나라도 ‘탐구와 몰입의 즐거움’을 주는 교육을 시작할 때다.

관계기사

2011년 4월 11일자 E8면　페이스북 만든 건 돈벌이보단 즐거움

2010년 7월 16일자 E4면　갈수록 더하는 이공계 ‘인재 가뭄’

2009년 2월 15일자 34면　불완전한 지식과 의심을 가르쳐야 하는 과학 교육

2004년 10월 7일자 24면　웃다 보니 과학이 머리에 ‘쏙’

기초 과학이 곧 국가 경쟁력

미국 정부는 2005년 글로벌 경쟁력이 위기에 처했다고 판단했을 때 가장 먼저 과학자들에게 손을 내밀었다고 한다. 과학 기술과 과학 교육에서 국가 경쟁력 강화의 해법을 찾았던 것이다. 한국도 마찬가지다. 기술을 개발하고 상품을 만드는 능력 없이 세계 경제를 이끌 수 없다. 전문가들은 “한국은 인재는 뛰어나지만 신기술 창출 역량은 없다”고 잘라 말한다. 해법은 기초 과학에 있다. 선진국의 뒤를 좇기보다는 우리의 비전을 세우고 기초 과학에 투자해야 자체적인 역량을 발휘할 수 있다.

관계기사

2010년 8월 21일자 W8면　미국 스탠퍼드 대학과 실리콘밸리의 선순환

2010년 6월 20일자 14면　“기초 과학엔 국적 없어, 과학으로 북한 문 열 수 있을 것”

2009년 10월 9일자 42면　“한국 기초과학 투자 늘려 국가 경쟁력 강화를”

합리적인 과학적 사고가 곧 소통 능력

과학적으로 입증된 사실도 현실에서 통하지 않을 때가 있다. 실험을 통해 명백하게 증명을 해줘도 ‘걱정된다’는 막연한 불안만으로 혼란이 생기는 경우도 적지 않다. 과학적 사고란 곧 합리성이다. 자신의 의견과 다르더라도 타당한 결과를 수용하고 상대방을 존중하는 태도다. 검증된 사실을 무시한 채 무성한 의혹만 제기한다면 소통을 포기한 것이나 마찬가지다. 과학적 사고를 기르기 위해서는 교육이 달라져야 한다. 과학적 지식만 가르치기보다는 과학적 탐구 과정과 과학적 사고 방식을 알려줘야 한다.

관계기사

2011년 5월 21일자 W2면　임지순 “소통과 설득, 과학에서 배워라”

2011년 4월 24일자 34면　‘그래 모른다, 어쩔래’ 넘치는 과학적 사고 결핍 사회

2010년 10월 21일자 4면　교육 목표는 국제적 시야, 과학적 사고

2010년 7월 4일자 35면　전문가를 존중하는 세상

이번 주 주제와 관련된 NIE 활동 이렇게

1. 일상에도 과학 원리가 숨어 있다. 우리의 속담을 떠올려보고 과학 교과서와 신문을 활용해 속담 속에 숨은 과학 원리를 찾아본다.

예> 달무리 사흘이면 비가 온다:달무리는 대기의 작은 얼음 알갱이, 즉 빙정에 달빛이 굴절해 만들어진 빛의 고리다. 빙정은 구름을 만드는 재료가 된다. 달무리가 끼었다는 것은 대기에 빙정이 많다는 의미로 구름이 넓게 깔려 있음을 알 수 있게 해준다. 그 때문에 달무리가 지속되면 비가 올 가능성이 높다.

바늘구멍으로 황소바람 들어온다:실제 문틈으로 스며드는 바람 끝은 활짝 열린 창으로 드는 바람보다 훨씬 거세다. 19세기 초 프랑스 과학자 베르누이는 좁은 곳을 통과하는 공기가 넓은 곳을 지나는 공기보다 더 거세다는 것을 발견했다. 겨울바람 역시 문틈을 통과하면 베르누이 원리에 의해 속도가 빨라진다.

2. 오른쪽 사진은 입구가 좁은 삼각플라스크에 커다란 물풍선을 집어넣는 마술 모습이다. 사진을 잘 보고 이 마술에 사용된 과학 원리를 찾아 설명해본다.

예> 과학 원리: 기압차 삼각플라스크에 물을 넣고 가열한다. 물이 끓으면서 플라스크 내부의 공기는 빠져나가고 그 자리에 수증기가 채워진다. 이때 플라스크 입구에 물풍선을 갖다 대고 삼각플라스크를 식히면 수증기가 급속도로 물로 변하면서 플라스크 내부가 진공 상태로 바뀐다. 외부와 기압의 차이가 크게 나기 때문에 입구에 있던 물풍선이 빨려 들어간다.

3. 아래 기사를 잘 읽고 과학을 배우는 이유와 과학적 사고의 중요성에 대해 500자 분량으로 논술해본다.

미국의 저명 과학 저널리스트 니모시 페리스는 “과학은 지식 자체가 아니라 왜 옳고, 무엇이 그르며, 어디까지가 옳고, 얼마만큼 믿어야 할지를 탐색해 가는 과정”이라고 했다. 그런 관점에서 한국을 흔드는 사태를 보자. 예를 들어 후쿠시마 원전사태. 사고 후폭풍이 신경 쓰이긴 해도 조금만 과학적이었다면 김황식 총리가 “비 좀 맞아도 된다”고 한 데 대해 “너나 맞으라”하거나 교장이 나서 휴교를 하고, 사람들이 마스크와 비옷을 동내지 않았을 것이다. 원전사태로 주목받은 일본의 ‘남에게 폐 끼치지 말라’는 메이와쿠 문화도 과학적 사고다. 내가 남에게 폐를 끼치면 남도 나에게 폐를 끼치게 되고 뒤죽박죽되니 미리 막자는 것, 그게 과학적 지혜 아닌가.

찬찬히 따져보면 뻔한 일 앞에서 ‘사춘기 10대’처럼 행동하면서도 태연한 어른이 우리 사회엔 너무 많다. 10대들은 ‘그래 난 모른다. 어쩔래’라고 할 수 있지만 어른까지 앞서 그럴 것은 없지 않은가.

<중앙sunday 2011년 4월 24일자 34면 ‘그래 모른다, 어쩔래’ 넘치는 과학적 사고 결핍 사회>