'일상 속 과학' 검색 결과

출근을 해서 컴퓨터를 켠다. 그리고 커피를 내려 본격적으로 일을 하려 할 참에 컴퓨터에서 나는 기계음이 신경쓰여 음악을 튼다. 음악을 들으며 자료를 찾고 글을 쓰는 사이 어느 샌가 컴퓨터 기계음은 사라졌다. 아니 내 귀는 더 이상 컴퓨터 소음을 신경 쓰지 않게 되었다. 단지 기분 탓은 아니다. 어떤 음이 다른 음에 의해 잘 들리지 않게 되는 현상을 ‘마스킹 효과(masking effect)’ 혹은 ‘청각 마스킹 효과’라고 한다. 마스크는 우리가 얼굴에 쓰는 것의 이름이기도 하지만 본래 감추고 차폐한다는 뜻도 있다. 즉 다른 음을 가린다는 의미에서 이를 ‘마스킹 효과’라고 한다. 마스킹 효과는 어떤 원리로 일어나는 것일까? 그럼 마스킹은 어떤 원리로 일어나는 것일까? 이를 이해하기 위해서는 먼저 청각 시스템에 대한 이해가 필요하다. 소리를 듣는 건 귀의 안쪽에 있는 달팽이관이다. 달팽이관은 긴 튜브형의 관이 달팽이 껍데기 모양으로 말려있는 형태를 띠고 있고 그 속을 림프액이란 액체가 채우고 있다. 귀로 들어온 소리는 림프액의 파동이 되어 달팽이관을 지나간다. 달팽이관에는 섬모를 내놓고 있는 청세포들이 있다. 림프액의 진동에 섬모가 떨리면서 세포막의 이온 채널이 열리면서 세포막 바깥의 이온이 들어온다. 전기 신호가 발생하고 연결된 신경을 따라 뇌로 전달되어 우리는 ‘소리’를 듣게 된다. 그런데 청세포마다 이 시스템이 조금씩 달라 이온채널이 열리는 진동수도 다르다. 그래서 우리는 높은 음과 낮은 음을 구분할 수 있다. 또 진동의 세기가 달라지면 채널이 열리는 청세포의 개수가 달라져 우리는 큰 소리와 작은 소리를 구분할 수 있다. 이…

추운 겨울 저렴한 가격으로 우리의 얼어붙은 손을 따뜻하게 녹여주는 난로가 있는데, 보통 ‘손난로’라 불린다. 추운 날 밖에 있을 때, 따뜻한 손난로 하나면 얼마나 큰 힘이 되는지 이 글을 읽는 독자 여러분 모두는 알 것이다. 그렇다면 손난로는 어떤 과학적인 원리로 열을 발생시키는 것일까? 손난로 속에 담긴 검은 가루의 정체는 무엇일까? 손난로의 종류와 발열 원리 손난로에는 2가지 종류가 있다. 첫 번째는 똑딱단추가 들어있는 손난로다. 투명한 액체 같은 것이 들어 있으면서 속에 들어있는 똑딱단추를 꺾어주면 하얗게 변하면서 열을 발생하는데, 이 손난로는 30분에서 길면 1시간 정도 후에 식어버린다. 열을 내는 시간은 짧지만, 물속에 넣어 끓이면 다시 재사용할 수 있다는 장점이 있다. ▲ 투명한 액체 상태인 손난로, 내부에는 똑딱단추가 들어 있다. 똑딱단추를 꺾으면 하얗게 고체로 변하면서 응고되고, 동시에 열이 난다. 이 손난로 속에는 과포화상태(녹이고 또 녹여서 더 이상 녹일 수 없는 상태인 포화상태보다 더 많은 고체가 녹아있는 상태)의 ‘티오황산나트륨(Na2S2O3)’이나 ‘아세트산나트륨(CH3COONa)’용액이 들어 있다. 이 과포화상태는 상당히 불안정하기 때문에 똑딱단추를 꺾어주는 약간의 충격에 의해서 티오황산나트륨이나 아세트산나트륨 용액이 한꺼번에 석출이 되면서 순식간에 고체로 변하게 된다. 이렇게 액체 상태에서 고체로 될 때는 입자들 사이가 가까워지면서, 자유롭던 알갱이들의 움직임도 조용해지게 된다. 즉, 액체에서 고체로 응고되는 상태 변화를 하면서 열에너지를 내게 되고, 이러한 발열반응 덕에 손난로가 우리를 따뜻하게 해 주는 것이다. 다른 한 종류는, 검은색 가루가 들어있어 흔들어 사용하는 손난로다. 비닐 포장을 뜯으면 부직포 같은 것에 쌓여 있는데, 조금만…

겨울이 되면 우리 주변에서는 흔히 물이 얼어 생긴 고드름을 볼 수 있다. 우리는 지구에 살고 있으니 당연하게도 중력에 의해 아래로 떨어지는 물방울이 얼면서 아래쪽이 더 가느다란 특유의 막대기 모양으로 생성되는 것이 바로 고드름이다. 아래로 떨어지는 물방울이 얼었다 녹았다를 반복하며 고드름이 만들어 지는 것이다. 그런데 오히려 바닥에서부터 자라나는 고드름도 있다는 사실. 그렇다면 일반적인 고드름과 달리 중력을 거스르는 것처럼 위로 솟은 고드름, 이른바 ‘거꾸로 고드름’은 왜 생기는 걸까? 한 겨울 마이산 탑사에 물 한 그릇 떠 놓으면 ‘거꾸로 고드름’이 생긴다? ▲ 마이산 탑사에 있는 돌탑의 모습 추운 한겨울, 돌탑으로 유명한 마이산 탑사에 물을 담은 그릇을 두면 밤사이에 바늘 모양으로 아주 뾰족하게 위로 솟은 고드름이 생기는 것을 볼 수 있다고 한다. 마이산 탑사는 주변의 낮은 산들로 둘러 싸여져 있어 이 산들이 마치 병풍같은 역할을 하기에, 온도가 낮아지면서 대기가 차가워지기 시작하면 그 냉기를 딱 보존하게 되는데, 이러한 조건에서 약한 바람이 불게 되면 멋진 거꾸로 고드름이 생성될 수 있다. 또 이런 거꾸로 고드름을 연천의 폐동굴에서도 볼 수 있다. 동굴 속에는 천장에서 이른바 낙숫물이 떨어지는데, 처음에 바닥에서 그 물이 얼기 시작하면 그 위에 또 물이 떨어져 얼고, 이러한 현상이 반복되면서 마치 탑을 쌓아가듯이 거꾸로 고드름이 생긴 것을 관찰할 수 있게 된다. 그럼 중력을 거슬러 위로 솟는 거꾸로 고드름은 어떻게 만들어지는 것일까? 지금부터 실험을…

하루 종일 손에서 놓지 않는 스마트폰, 업무와 공부를 위해 내내 들여다보고 있는 PC나 노트북의 모니터, 그리고 휴식을 원하는 순간에도 켜놓고 있는 TV. 우리는 아침에 눈을 뜨고 잠에 들기 직전까지 일상을 디스플레이와 함께한다. 그렇다면 디스플레이의 화려하고 선명한 색상은 어떻게 만들어질까? 오늘 칼럼에서는 빛의 합성을 통한 디스플레이 색상 구현에 대해 함께 알아보자.   디스플레이의 픽셀과 해상도가 가지는 의미는? 요즘 하루가 멀다 하고 기능이 강화된 새로운 스마트폰 제품들이 쏟아져 나오다 보니 약정 기간만 지나기를 애타게 기다렸다가 새 폰으로 갈아타게 되는 경우가 많다. 교체 대상이 되는 여러 스마트폰 중 어떤 것을 선택할지 결정하기 위해서 상세 스펙을 비교하게 되는데, 이때 필자는 디스플레이 항목에서 해상도가 얼마나 되는지를 체크한다. 해상도를 이해하기 위해서는 먼저 픽셀(Pixel)을 알아야 한다. 스마트폰이나 모니터, 그리고 TV 모두 현미경적 수준에서 들여다보면 픽셀(화소, 畵素)로 이루어져 있고, 이 픽셀의 수가 많으면 많을수록 더욱더 세밀한 표현을 할 수 있다. 이 픽셀들은 빛의 3원색인 빨강(R, red), 초록(G, green), 파랑(B, blue) 값을 표현하는 부분 픽셀(Sub-pixel)들로 구성되어 있는데, 각각의 픽셀은 이 부분 픽셀이 표현하는 빛의 양과 색의 조합을 통해서 다양한 색상을 표현하게 된다. 필자의 폰인 갤럭시 S20 울트라의 경우 3200 X 1440의 해상도를 가지고 있다. 이것은 가로 축에 3200개, 세로 축에 1440개의 픽셀이 배치되어 있다는 뜻이다. 그렇다면 갤럭시 S20 울트라의 전체 픽셀 수를 계산해보자. 가로, 세로의 픽셀 수를 곱하면 결과 값은 4,608,000으로, 무려 4,608,000개의 픽셀로 화면이 꽉 차 있다는 의미이다. 즉, 해상도란 디스플레이 표현이 얼마나 세밀한지의 정도를 나타내는…

코로나19 예방을 위한 손 씻기에는 반드시 비누 혹은 핸드워시, 손 세정제 등을 이용해야 한다. 비누를 포함한 손 세정제는 살균 소독제가 아니다. 그런데 어떻게 비누가 코로나19 바이러스를 사멸시킬 수 있을까? 바로 비누가 가장 대표적인 계면활성제이기 때문이다. 우리가 일상적으로 사용하는 치약, 세숫비누, 면도크림, 샴푸, 주방용 중성세제, 세탁용 염기성 세제 등에는 모두 공통적으로 계면활성제가 들어있다. 일반적으로 많은 사람들이 계면활성제라고 하면 세제를 생각하는데, 계면활성제는 세제뿐 아니라 먹는 음식에도 활용된다. 오늘은 바이러스를 사멸시키는 비누뿐 아니라, 최근 인기를 끌고 있는 달코나 커피 속 숨은 계면활성제의 역할을 함께 알아보도록 하자!   간단한 실험으로 확인하는 계면활성제의 능력 물(극성 물질)과 기름(비극성 물질)처럼 서로 성질이 완전히 달라 섞이지 않은 물질을 같이 섞어두면 경계면이 생기게 된다. ‘계면활성제’는 바로 이렇게 서로 다른 성질의 경계면에서 활동할 수 있는 분자를 뜻한다. 이 계면 활성제라는 말 자체가 계면, surface를 active 하게 해 준다는 의미이다. 물하고 기름 사이의 그 경계면을 활성화시켜서 경계를 없애게 해 주는 것이 바로 그 역할. 그래서 물과 기름을 섞이게 할 수 있다. 간단한 실험이지만 계면활성제의 능력을 확인할 수 있는 실험이 있다. 물과 기름에 아무것도 넣지 않고 섞어주면 일정 시간이 지나면 다시 분리가 된다. 하지만 물과 기름에 계면활성제를 넣고 섞어주면 경계면은 순식간에 사라지고, 물과 기름이 잘 섞이는 상태가 되는 것을 확실하게 눈으로 확인할 수 있다. ▲물과 기름 사이에 뚜렷한 경계면이 있는 상태에 계면활성제를 투여하고 젓기 시작하면 물과 기름의 경계면이 순식간에 사라지기 시작한다.…

‘보는 것’은 어떤 과정을 거치는걸까? 아침에 일어나서 눈을 뜨는 순간 광원으로부터 공기를 지나 우리 눈 속으로 들어온 빛은 투명하고 탱글탱글한 볼록렌즈인 수정체에서 ‘굴절’이 일어나면서 망막에 상이 맺히게 된다. 이때부터 잠자리에 들 때까지 눈을 깜빡거리는 순간을 제외하고는 하루 종일 빛의 ‘굴절’을 경험하게 되는 셈이다. 필자가 며칠 전 구매한 갤럭시S20 울트라는 선명한 OLED 화면이 인상적인데, 이 화면에서 나온 빛 역시 매질이 달라질 때마다 ‘굴절’하면서 나의 망막에 도달하게 된다. 이로 인해 망막의 시각세포가 흥분하면 그 흥분을 시각 신경이 전달하게 되어, 마침내는 대뇌의 시각령에서 시각이 성립되게 된다. 우리가 ‘본다(視,see)’ 라는 것을 과학적으로 표현하면 이러한 과정을 거치게 되는 것이다. ▲ 소의 눈에 있는 수정체, 빛이 수정체를 지나면서 굴절하기 때문에 확대된 글자를 보게 된다   다른 매질을 만나면 꺾이는 빛 빛이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 그 경계면에서 진행 방향이 꺾이는 현상을 ‘굴절’이라고 한다. 매질에 대한 정의를 보면, ‘매질(medium)’은 ‘파동에 의한 요동을 이곳에서 저곳으로 전달해 주는 매개체’이다. 빛이 공기를 통과할 땐 공기가 매질이 되고, 빛이 물속을 지나갈 땐 물이 바로 매질이 된다. 굴절 현상은 빛이 각각의 매질을 통과하는 속도가 다르기 때문에 일어나는데, 공기 속을 지나갈 때 빛의 속도는 투명한 유리를 통과할 때보다 더 빠르다. 두 매질에서 빛의 속도 차이가 크면 클수록 더 많이 굴절하게 된다. 진공을 지나가던 빛이 다른 매질을 만나면 얼마나 많이 꺾이는지 그 정도를 ‘굴절률’로 표시한다. 각 매질에서의 굴절률을…