호랑이 교장 - 꿈다리 과학교실

2월 1일 부터 2월 23일까지 원미 1동 여성 청소년 센타 강의실에서 매주 화요일과 목요일에 열린 호랑이 교장 - 꿈다리 과학교실에서 나는 여러 가지를 배우고 만들 수 있었다. 이번 달의 만들기 주제는 ‘생활 과학’이었다. 만든 것이 무척이나 다양한데, 특히 먹을 수 있는게 많아서 더욱 좋았던 것 같다. 내가 만든 작품들을 알아보자.

1. 나는 미래의 치과의사 - 치약 만들기
이 시간은 직접 치약을 만들어 보면서 치약의 성분을 알고, 치아 청결의 중요성을 이해할 수 있고, 또한 이 활동을 통해 나만의 입 속을 깨끗이 맑고 자신 있게 바꾸어 줄 치약을 만들며 문제 해결력 및 창의력, 상상력을 키울 수 있었다.

1) 충치가 생기는 이유에 대해 알고, 2) 나만의 건강 치약을 만들었다.

치약은 치아에 붙어 있는 치석이나 치태를 제거해 주는 연마제와 입안을 살균, 소독해주는 소독제로 이루어져 있다. 연마제로 쓰이는 탄산 칼슘과 탄산 마그네슘은 미세한 알갱이로 치석을 마모시켜 청소해 주는 역할을 한다. 알루미늄 호일의 뒷면을 문지르면 호일이 벗겨지는 것도 이 때문이다. 붕사는 입안 의 균을 없애주는 소독제로 쓰인다.

입냄새를 제거하기 위해 박하유나 허브, 차 추출물 등이 치약에 포함되기도 한다. 치약이 크림형태를 유지하기 위해서는 공기 중에서도 굳지 않게 하는 글리세린이 필요하다. 이 외에도 충치를 예방하기 위해 불소를 첨가하거나 하얀 이를 유지하게 하는 미백제가 들어간 치약도 있다.

치과는 누구나 가기가 무서운 곳이다. 이가 썩지 않게 하려면 올바른 칫솔질이 중요하다. 그렇다면 충치가 생기는 이유는 무엇일까? 이를 잘 닦지 않으면 치아 표면에 세균이 쌓이기 시작한다. 이 세균이 음식 찌꺼기와 침 속 물질을 이용해서 다른 세균까지 불러 모아 눈에 보일 정도에 세균덩어리가 되는데 이것을 치태(플라그)라고 한다. 치태는 보통 칫솔질을 잘 하면 제거가 되는데 그대로 방치하면 침 속의 석회 성분과 만나서 단단한 치석을 만든다.

치석은 돌처럼 딱딱해서 양치질로는 없애기 힘들고 병원에서 제거해야 하는데, 그대로 놔두면 잇몸을 파고들어 잇몸을 다치게 한다. 한 번 치석이 생기면 세균 덩어리인 치태가 자라나기에 최적의 환경이 되기 때문에 충치도 금세 생긴다. 치태나 치석이 생기지 않게 하려면 음식 찌꺼기가 이 사이에 끼지 않도록 칫솔질을 잘 해주어야 한다.

치약이 없으면 이를 닦을 수 없다고 생각하는 사람이 많지만 사실 치약은 그리 중요하지 않다. 세균을 없애는 향균 치약이나 치아 미백에 도움이 되는 미백 치약 등 다양한 종류의 치약이 있지만 그 효과 보다는 얼마나 올바르게 칫솔질을 하느냐가 치아 건강에 더 중요하다. 부드러운 칫솔모를 가진 칫솔로 잇몸에서 치아 쪽으로 부드럽게 쓸어 올리는 것으로 칫솔질을 하면 충치 예방은 물론 입냄새도 제거할 수 있다. 치약을 만들기는 했지만 붕사가 너무 많이 들어가서 위험하기 때문에 실제로 이를 닦을 수는 없어서 아까웠다.

2. 내가 만든 상품을 세계로 - 풍선껌 만들기
이 시간은 껌의 성분을 알고, 나만의 건강 껌을 만들어 볼 수 있었다. 또한 나만의 건강 껌 만드는 활동과 껌을 보다 더 쉽게 떼어내는 방법을 조사했다.

1) 껌의 재료가 무엇일지 예상해보고, 2) 껌의 성질과 특징을 알아보고, 3) 생활용품 중 껌 소재를 활용한 것을 찾아보고, 4) 나만의 건강 껌을 만들었다.

껌의 주요성분인 껌 베이스는 치클이라고 하는 식물성 수지에 초산비닐수지를 넣어 만든다. 이 초산비닐수지 비율이 높을수록 껌을 이루는 물질 간 결합력이 높아져 풍선이 터지지 않고 잘 불어진다.

풍선껌의 껌 베이스는 일반 껌보다 이 성분의 함량이 높기 때문에 공기를 불어 넣어 이 형태를 만들 수 있다. 초산비닐수지는 아세트산, 벤젠, 아세톤 등에 용해되며 기름이나 물, 에탄올에는 녹지 않는다. 이러한 녹는 성질을 이용하면 껌을 옷이나 머리카락으로부터 쉽게 떼어낼 수 있다. 껌을 뗄 때에 무스를 이용하거나 아세톤을 이용하는 생활의 지혜는 이러한 껌의 성질을 이용한 것이다.

껌은 전통적으로 치클, 천연라텍스 제품, 고무로 만든 과자의 하나이다. 껌은 1928년 미국의 월터 다이머가 개발한 이래로 오랫동안 치클로 만들어 왔지만 최근에는 경제성과 품질을 이유로 치클 대신 고무를 사용한다. 껌을 만드는 재료로는 물에 녹지 않는 껌 베이스, 물에 녹는 감미료, 조미료가 있다. 때로는 착색제도 포함된다.

껌은 단순히 씹는 즐거움을 위한 대용품일 뿐만 아니라 다양한 기능을 목적으로 이용되기도 한다. 예를 들어 충치를 예방하고 이를 하얗게 유지해 주는 껌, 입 냄새 제거용 껌, 졸음방지용 껌, 한방 성분을 넣어 건강에 좋은 껌, 그리고 금연용 껌까지 미국에서는 위산을 제거해주는 껌까지 있다. 껌을 씹으면 집중력을 높이고 스트레스를 낮추어 주는데 도움이 된다는 이유로 미국 군대에서는 세계 제 1차 대전 이후로 껌을 보급하고 있다. 껌이 새콤하면서 달콤해서 너무 맛있었다. 그러나 공장에서 만든 것보다 단단해서 아쉬웠다.

3. 삼투압 현상의 정원 - 산호초 정원 만들기
이 시간은 삼투압 현상을 이용한 유리 물(규산나트륨 - 염기성)과, 여러 가지 금속염의 성질을 이용하여 나만의 아름다운 산호초 정원을 만들어 보는 활동이었다.

삼투압이란 밀도가 낮은 액체가 밀도가 높은 액체에 흡수 되는 현상이다. 예를 들어 포도주나 매실 등을 과일주로 담굴 때 과일 위에 설탕을 뿌려 놓으면 과일 안에 있는 액체가 설탕의 밀도 높은 곳으로 빨려 나와 과일은 쭈글쭈글 하게 되는 것, 즉 과일 껍질을 뚫고 과일 수분을 설탕이 흡수하게 되는 것이다.

따라서 물유리(규산나트륨 -염기성이 강함)와 물을 섞은 것에 여러 가지 금속염들을 반응시키므로 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 삼투압 현상이 발생하여 위로 자라는 것과 같은 변화가 나타난다. 이같은 삼투압 현상을 이용하는 예는 의료용, 배추절이기(소금물에 담그기), 간이 짠 고등어나 미역을 묽은 소금물에 담그기 등이 있다. 물질을 조금 떨어뜨리니 조금씩 자라는 것이 너무 신기하고 예뻤다. 마치 바다 속에 온 느낌이었다.

4. 영하 196℃ 의 기적 - 엑체질소를 이용한 구슬 아이스크림 만들기
영하 196도의 액화 질소의 성질을 이용한 여러가지 재미있는 실험이었다. 액화 질소에 풍선 넣어보기(샤를의 법칙), 구슬 아이스크림 만들기, 바나나를 얼려 깨트려 보기 등의 활동이다.

1) 액화 질소에 대하여 알아보고, 2) 액화 질소를 이용한 실험을 해보고(액체 질소에 바나나나 풍선 넣어보기 - 샤를의 법칙 : 일정압력에 기체의 온도를 높이면 부피가 증가하고 온도가 낮으면 부피가 감소한다.) 3) 액화 질소를 이용하여 구슬 아이스크림을 만들고, 4) 액화 질소에 과자를 얼려 먹어보았다.

흔히 액체질소라고 부르는 물질은 없다. 엄밀하게 말하면 액화질소이다. (Liquefied) 질소는 대기의 78%를 구성하고 있으며 흔히 기체 상태로 존재한다. 그러나 모든 물질은 제각기 다른 녹는점, 어는점, 끓는점을 가지고 있는데, 질소 같은 기체는 어는 점은 물론 끓는 점의 온도가 매우 낮은 기체이다.

다시 말하며, 질소는 상온에서는 이미 녹고 끓여서 증발(기화)한 상태인 기체라는 것이다. 이것을 다시 극도로 온도를 낮워 끓는점 아래의 상태로 만들어주면 질소는 기체 상태에서 액체 상태로 상변화 (상태변화)를 하여 물처럼 되는데 이것을 액체질소, 액화 질소라고 한다.

이 액화 질소는 초전도체 연구, 식품냉동 및 보관, 유전공학(혈액 정액보존 등), 저온 분쇄, 콘크리트 냉각, 토양 동결, 저온 결합, 의학 분야 등에 사용된다. 이 날은 먹을 수 있는게 많아서 행복했다. 특히 얼린 홈런 볼은 정말 맛있었다. 초콜릿이 딱딱하긴 했지만...

5. 신종플루 속의 비밀 - 박테리오 파지 만들기
이 시간은 ‘박테리아 포식자’라는 뜻을 가지고 있는 박테리오 파지라는 가장 많은 연구가 진행된 바이러스 중에 하나이고, 생명공학에서도 많이 사용되는 바이러스를 만들어 보았다.

박테리오 파지는 박테리아를 숙주세포로 하는 바이러스를 통칭하는 말이다. 여기서 박테리아라 함은 세균과 고세균을 통칭한다. 간단하게 파지라고 하기도 한다. 박테리오 파지라는 이름은 생물학자 펠릭스 데렐이 붙인 것으로 ‘박테리아 포식자’라는 뜻을 가지고 있다.

박테리오 파지는 가장 많은 연구가 진행된 바이러스 중 하나이며, 생명공학에서도 많이 사용된다. 1917년에는 프랑스의 세균학자 F.H.데렐이 이질 환자 변의 여과액 중에 적리균을 녹이는 작용을 가진 것이 있다는 것을 독립적으로 발견하여, 세균을 잡아먹는다는 뜻에서 박테리오 파지라고 명명하였다.

캘리포니아 공과대학의 M.델브뤼크와 제2차 세계대전 중에 미국으로 건너간 유럽의 과학자들에 의해 대장균의 파지에 대하여 집중적으로 연구가 진행되었다. 1940년 이후에는 이들 연구로 알려진 바이러스 증식이 다른 일반 바이러스 증식 연구의 기초가 되고 있으며, 가장 단순한 형의 생명현상으로서 부자유전학, 분자생물학 및 생명공학 등에서 많이 사용된다.

예를 들어 람다 파지와 같이 온건성이면서 이중나선 DNA를 유전물질로 사용하는 박테리오 파지는 유전자의 벡터로서 많이 사용된다. 단일나선 DNA를 가진 섬유형 파지는 유전자 벡터, DNA서열 결정의 주형 등으로 사용될 수 있다. 이 외에도 박테리아 제거를 위해 사용되기도 하고, 항생제에 저항을 가지는 박테리아의 등장으로 인하여 파지 요법에 활용되고 있다. 박테리오파지 모형을 직접 만들어보니 신기하고 기분이 새로웠다.

6. 변장의 마술 - 케멜레온 볼 만들기
이 시간은 카멜레온 볼을 만들었다. 그 이름에서도 알 수 있듯, 용액의 성질에 따라 색깔이 변하는 작은 젤리 모양의 볼 이다.

가장 흔하게 쓰이는 지시약은 산염기지 시약으로 산염기지 시약은 pH(수소이온지수)에 따라 그 색깔이 달라진다. 만약 산성용액에 약산안 지시약을 한 두 방울 떨어뜨리면 지시약에 붙어있는 수소는 잘 떨어져 나가지 않는다. 이미 용액 속에 수소이온이 많기 때문이다. 그렇지만 이 용액에 염기성 물질을 조금씩 넣어 주면 용액 속의 수소이온 농도가 줄어들기 때문에 지시약에 붙어있던 수소들이 해리되어 이온상태로 존재하는 분자의 수가 많아진다. 용액의 산성도가 변함에 따라 분자구조가 바뀌는 지시약 분자가 많아지고, 분자 구조가 바뀔 때 분자의 색깔도 함께 변하게 된다.

나타나는 색깔을 관찰하면 대략적인 pH를 알 수 있고, 중화점을 찾을 수도 있다. 지시약의 색깔이 점차 변하는 pH의 범위를 변색범위라 하는데, 이는 지시약마다 다르다. 지시약은 적정을 하면서 중화점을 알기 위해, 혹은 수소이온의 농도를 알기 위해서 주로 사용된다. 가장 널리 사용하는 것은 색깔의 변화가 나타나는 지시약이다. 지시약의 종류는 매우 다양하며 변화가 나타나는 것도 각각 다양하므로 중화점을 예측하여 그 근처에서 변화가 나타나는 지시약을 사용하면 실험을 효과적으로 할 수 있다. 카멜레온 볼이 너무 귀여웠고, 빙초산에 담그니 빨갛게 변해서 너무 예뻤다.

7. 식물속 고유의 색을 찾아서 - 천연 염색을 이용한 티셔츠 만들기
이 시간은 치자, 황토, 쪽, 감, 먹물 등 천연 재료를 사용해 티셔츠에 염색을 하여 몸에 좋은 티셔츠를 만들어 보았다.

1) 천연 염색의 원리 및 좋은 점을 알고, 2) 천연 염료를 제작하고, 3) 천연염료를 이용해 티셔츠를 염색했다.

염색은 섬유의 비정부위에 색소가 들어가서 나오지 않게 하는 것이다. 비정부위란, 섬유소가 직선으로 배열되지 않고 서로 얽혀서 틈이 생긴 부위를 말한다. 화학염료에 비해 천연염료는 쉽게 물이 빠져버리는데, 이를 막기 위해 매염제를 사용한다. 즉, 염착성이 작은 천연염료를 섬유에 붙들어 두는 역할을 하는 화합물이 바로 매염제이다.

매염제는 흡착, 고착, 발색의 3가지 역할을 하는데 흡착은 색소를 섬유에 잘 붙도록 하는 것이고, 고착은 붙어있는 색소가 떨어지지 않게 하는 것, 발색은 색이 잘 나게 하는 역할을 말한다. 인류는 오래 전부터 자연물에서 추출한 천연염료를 사용하면서 염료를 발달시켰다. 신석기 시대 이후, 의복의 착색에 광물이 사용되었고, 5,000 - 6,000만년 전에는 식물의 화분, 과실, 잎, 줄기 등의 즙이 사용되었던 것으로 추정된다.

인도 지방에서는 쪽풀에서 감색의 염재인 인디고를, 이집트에서는 꼭두서니의 뿌리에서 추출한 빨간색, 페니키아 지방에서는 뿔고동의 조개에서 보라색을 얻었다. 약 3,000년 전에는 아라이바와 인도지방에서 나무에 기생하는 연지충으로 홍색의 염료가 만들어졌다. 페르시아 및 근도아에서는 수목 등에 기생하는 패각충에서 보라색 염료를 추출하여 사용한 것으로 알려져 있다. 15, 16세기 경에는 인디고, 레드우드 등의 갈색염료가 동양에서 서양으로 전파되고, 17세기경에는 서인도 제도와 연지충, 로그우드 등의 염료가 사용되었다. 천연 염색을 하는데, 그냥 흰 티로 입는 것이 더 예쁠 것 같다는 생각이 들었다.

8. 소리의 과학 - 팬플루트 만들기
이 시간은 직접 팬플루트를 제작하면서 팬플루트의 원리를 탐구하고 소리의 원리를 알아보는 시간이었다.

1) 팬플루트의 원리를 알아보고, 2) 소리의 원리(진폭, 주파수, 음파형)를 탐구하고, 3) 팬플루트를 제작했다.

팬플룻 또는 팬파이프라고 불리는 이 악기는 여러개의 관을 결합시켜 만든 것으로서 다발로 엮어진 형태이거나 뗏목처럼 평면으로 이어진 형태를 하고 있다. 관들에는 입으로 부는 부분이 없으며, 관의 윗구멍에 비스듬한 방향으로 바람을 불어 소리를 낸다. 이 악기의 특성은 소리에 있다고 할 수 있다.

특유의 파찰음과 대자연으로의 귀소 본능을 자극하는 소리결의 음색을 가지고 있다. 요즈음에는 대부분이 평면으로 이어진 형태를 하고 있다. 팬플룻은 그 관의 크기의 차이, 길이의 차이에 의해 각 관의 음의 고저가 결정된다. 오른쪽으로 갈수록 관의 굵기가 굵어지며 음이 저음이 된다.

또 왼쪽으로 갈수록 관의 굵기가 가늘어지며 음은 고음이 된다. 음을 내는 원리는 관의 중간을 코르크 같은 것으로 막아서, 불어넣는 바람에 의한 진동의 공명을 이용한 것이다. 가가관의 음정은 이 코르크의 높이로 조절하며 코르크가 높이 올라갈수록 높은 소리가 난다. 소리는 특정한 매질에 의해 전달된 진동이 청각기관을 자극하여 청각을 일으키는 것을 말한다.

사람이 들을 수 있는 소리의 범위는 진동수 16~2만 HZ이다. 소리의 요소에는 첫째, 소리의 세기(진폭)을 들 수 있다. 진폭이 클수록 소리는 크게 나게 된다. 둘째, 소리의 높낮이를 결정짓는 주파수인데, 주파수가 클수록 여성의 목소리처럼 고음의 소리가 나고, 낮을수록 저음의 소리가 난다. 마지막으로 음파의 모양인데, 이는 음파형에 따라 같은 음을 내더라도 악기의 소리가 전혀 다른 느낌이 들게 하는 것이다. 팬플루트를 내가 직접 만드니 정말 신기했고, 게다가 소리도 제대로 나서 더 신기했다.

꿈다리 과학교실 2월달 수업을 통하여 생활 속의 다양한 소재들로부터 과학의 원리를 배우며, 체험도 하고 물건을 만들 수 있어서 재미있었다.

허은지 독자 (부천 북 초등학교 / 6학년)

조원경 2010-03-21 16:31:20 | 좋은글 잘 보고 갑니다. 저도 부천인데 좋은정보 있으면 함께나누워요. 백지한 2010-03-26 18:46:52 | 유치원때 치약은 만들어봤습니다. 신기했습니다. 강추^^ 정유진 2010-03-29 23:24:20 | 잘 읽었어요~ 멋진 체험 부럽다~^^*