[비주얼 과학교과서] 비밀 과학 집단의 경고

관련단원 : 3-1 자석의 이용

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스토리 따라잡기

자석으로 정체를 밝혀라!


“신풍초가 과학 영재들이 모인 학교라는 건 알고 있지? 비밀 과학 집단은 그 중에서도 과학을 아주 잘하는 녀석들이 모인 집단이야. 그 녀석들은 자기들이 최고여야 한다면서 학교에서 두각을 나타내는 애들이 있으면 이렇게 경고를 보내.”

“경고를 한 다음에는?”

“과학 축제를 망치는 것과는 비교도 안 되는 나쁜 짓을 꾸미는 거지. 예전에 한 친구도 비밀 과학 집단의 경고를 대수롭지 않게 여겼다가 결국….”

“결국…?”

“그 녀석들의 방해로 아주 쉬운 과학 실험을 실패해서 엄청난 창피를 당한 뒤, 더 이상 버티지 못하고 전학을 가고 말았어.”

“일부러 실험을 방해하다니, 그건 나쁜 짓 아냐? 왜 처벌을 받지 않는 거야?”

“그 이유는…, 비밀 과학 집단의 정체가 밝혀지지 않고 있기 때문이야!”

이 이야기를 듣고 시원이가 호기롭게 소리쳤어요.

“그래? 그렇다면 그 나쁜 녀석들의 정체를 우리가 밝혀내자!”

“어…, 어떻게?”

“범인은 흔적을 남기는 법! 자석 가루를 이용해서 그 녀석들의 지문을 채취하는 거야!”

비주얼 과학 개념 이해하기

밀당의 고수, 자석의 이용

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자석 가루를 이용해 지문을 찾을 수 있어요. 고운 자석 가루를 자석에 붙여서, 지문이 있을 곳으로 예상되는 곳을 살짝 쓸어내리면 지문이 나타난답니다. 이처럼 자석은 나침반이나 가방, 필통의 잠금장치부터 지문 채취까지다양하게 사용되고 있어요.

자석은 철이나 니켈, 코발트 등을 끌어당기는 ‘자성’을 지닌 물체를 말해요. 자석은 모양이나 크기에 상관없이 모두 N극과 S극을 가지고 있어요. 자석 두 개를 가까이하면 같은 극끼리는 서로 밀어내고 다른 극끼리는 서로 당기는 힘이 작용하지요. 또 자석은 계속해서 둘로 잘라도 각각 N극과 S극으로 분리되지 않고, 항상 N극과 S극이 함께 존재한답니다.

자성은 자석의 양극에서 가장 세기 때문에 철로 만든 클립을 자석에 붙이면 양극 쪽에 가장 많이 달라붙어요. 재미있는 점은 자석은 떨어져 있는 물체에도 영향을 미친다는 거예요. 이렇게 자석이 영향을 미치는 공간을 ‘자기장’이라고 하지요.

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자석의 자기장

자기장은 좌우, 위아래 모든 방향으로 생긴다. 자기장 안으로 들어온 쇠붙이는 자성이 한 방향으로 정렬되면서 자석의 성질을 갖게 된다.

융합 개념 파헤치기

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동물의 몸속에 자석이 있다고?

지구는 하나의 큰 자석이에요. 그 이유는 지구의 안쪽에 있는 외핵 때문이랍니다. 외핵은 철과 니켈 같은 전기가 잘 통하는 물질들로 이루어졌는데, 이 물질들은 지구 내부의 높은 온도 때문에 액체 상태로 있어요. 액체라서 온도에 따라 대류 현상을 일으키면서 회전하지요. 전기가 잘 통하는 도체가 회전을 하면 자기장이 만들어져요. 이렇게 외핵이 만든 자기장 때문에 지구가 자석의 성질을 갖는 거예요.

지구는 북쪽은 S극, 남쪽은 N극을 띠고 있어요. 그래서 자석으로 만든 나침반으로 방향을 찾을 수 있지요. 나침반의 N극은 언제나 북쪽을, S극은 남쪽을 향하거든요.

그런데 아주 먼 거리를 이동하는 철새나 물고기도 자석을 이용해서 방향을 알아낸다고 해요. 바로 몸속에 있는 ‘생체자석’을 이용한답니다. 비둘기는 생체자석을 이용하는 대표적인 동물이에요. 비둘기는 머리뼈와 뇌 사이에 자성을 띠고 있는 자철석을 가지고 있어서 지구 자기장을 감지해서 방향을 알아낼 수 있어요. 실제로 비둘기의 몸에 자석을 붙여 지구 자기장을 감지하지 못하게 하면 집을 잘 찾지 못한다
는 연구결과도 있지요.

생체자석을 이용하는 동물들은 무척 다양해요. 철새와 연어, 바다거북 등이 대표적이지요. 꿀벌도 지구자기장을 감지해 비행 방향을 결정한다는 연구결과도 있답니다.

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인위적으로 세포가 자성을 띠게 만드는 방법도 연구되고 있어요. 하버드대학교 의학대학 연구팀은 빵의 반죽을 부풀릴 때 사용하는 미생물인 이스트에 ‘페리틴 단백질’을 결합해 자성을 갖는 이스트를 만들었어요. 페리틴 단백질은 사람의 몸에도 있는 단백질로, 산소를 옮기는 적혈구 속의 헤모글로빈을 만드는 데 필요한 철 이온을 저장하는 역할을 해요. 자석으로 철을 문지르면 자석으로 변하듯 페리틴 단백질 속 철 이온이 자성을 갖게 만든 것이랍니다.

연구팀은 세포가 자성을 띠게 만들면 자석을 이용해 특정한 세포만 쉽게 분리하거나 세포를 원하는 기관으로 이동시키는 등 다양하게 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있어요.

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글 : 현수랑 기자 hsr@donga.com
일러스트 : 이창섭
어린이과학동아 2016년 11호


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