[비주얼 과학교과서] 의문의 쪽지

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“빨리 해, 빨리~! 누가 오면 어떻게 해!”
“느드 즈그 채서흐 가하고 이끄등(나도 지금 최선을 다하고 있거든)!”
로라가 다급한 목소리로 시원이를 재촉했어요. 시원이는 입에 손전등을 문채 사물함 자물쇠를 풀고 있었지요. 그때 지원군 선배가 소리를 질렀어요.
“귀…, 귀신! 귀신이다앗~!”

스토리 따라잡기
금고를 열어라!


‘과학 동아리원들 보아라!’

과학실 문에는 쪽지가 붙어 있었어요. 그리고 그 쪽지에는 미션이 있었지요.

‘오늘 밤 12시, 뒤뜰에 있는 시계탑 앞으로 물건을 가져와라. 물건은 본관 건물 1층 복도 끝 손잡이가 다이아몬드 모양인 방에 있다. 방 한가운데에 큰 책상이 있는데, 책상 안 금고에 물건이 있다. 금고 비밀번호는 아래의 문제를 풀면 나온다. 시간 안에 물건을 챙겨올 경우 너희가 궁금해 하는 ‘과학 비밀 집단’에
대해 알 수 있을 것이다.’

“과학 비밀 집단에 대해 알려 주겠대!”

“그럼 무조건 나가야지. 일단 물건부터 찾으러 가자.”

시원이와 친구들은 물건을 찾기 위해 쪽지에 적힌 곳으로 이동했어요. 본관 건물 1층 복도 끝에는 교장선생님의 방이 있었어요.

“교장선생님 방이잖아!”

“손잡이도 다이아몬드 모양이야. 몰래 들어가도 될까?”

친구들이 주춤하는 사이에 성격 급한 지원군 선배가 손잡이를 잡아 돌렸어요.

‘끼이이~익!’

어두컴컴한 교장선생님 방 안에는 창문으로 들어오는 달빛이 책상을 비추고 있었어요.

“시원이랑 오로라가 같이 문제를 풀고 금고를 열어! 나는 문에 바짝 붙어서 누가 오는지 감시하고 있을게”

한쪽에서는 지원군 선배가 방 안을 둘러봤고, 시원이와 오로라는 자물쇠 비밀번호를 풀기 위해 머리를 맞댔어요.

“60kg인 사람이…, 달에 가면…, 중력의 힘…. 이게 무슨 말이지?”

“이건 무게와 질량 얘기잖아. 내가 문제를 풀어 볼게!”

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비주얼 과학 개념 이해하기

무게는…, 변하는 거야!

다이어트를 하지 않고도 몸무게를 줄일 수 있을까요? 방법이 있어요. 바로 아주 높은 산에 올라가 몸무게를 재는 거예요. 에베레스트 산 정상에 올라 몸무게를 재면 땅에서 쟀을 때보다 줄어든 사실을 확인할 수 있을 거예요. 왜냐하면 몸무게는 우리 몸에 작용한 중력의 크기이기 때문이에요.

중력은 지구가 땅 아래, 정확하게는 지구의 중심 방향으로 나를 끌어당기는 힘이에요. 그런데 산 정상은 다른 곳보다 지구 중심으로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 중력이 아주 미세하게 약해져요. 그리고 중력이 작해지는 만큼 몸무게가 줄어들지요.

마찬가지로 중력이 지구의 6분의 1 정도인 달에 가면 몸무게도 그 만큼 줄어들어요. 그리고 중력이 아예 없는 우주 공간에서는 몸무게가 0이랍니다.

중요한 점은 몸무게는 상황에 따라 계속 줄어들지만 몸은 전혀 변하지 않았다는 거예요. 이렇게 사람이나 한 물체가 가지고 있는 고유의 양을 ‘질량’이라고 해요. 중력의 영향을 받지 않기 때문에 장소가 바뀌어도 항상 일정하지요.

우리는 흔히 무게를 말할 때 ‘kg’을 써요. ‘내 몸무게는 60kg이야’ 하는 식으로요. 하지만 kg은 질량을 나타내는 단위예요. 무게를 나타내는 단위는 ‘kg’ 뒤에 중력가속도를 뜻하는 ‘중’을 붙여 ‘kg·중’이라고 쓰지요. 만약 무게를 힘으로 나타내고 싶을 땐 질량에 중력가속도인 9.8m/s2을 곱해 ‘N’(뉴턴)이라는 단위를 붙여요. 따라서 60kg·중인 친구의 무게는 약 588N이 된답니다.

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융합 개념 파헤치기

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지구가 울퉁불퉁 하다고?

울퉁불퉁한 감자가 나타난 걸까요? 사진 속 빨강과 파랑, 노랑이 어우러진 이 울퉁불퉁한 감자의 정체는 사실 우리가 살고 있는 지구예요. 지구는 둥그런 공 모양인 줄 알았는데, 어떻게 된 걸까요?

이 사진은 ‘지오이드(geoid)’라는 지구 중력장 지도예요. 중력의 크기는 지형에 따라 다 다른데, 이 차이를 색과 모양으로 표시한 거예요.

일반적으로 지구는 질량이 큰 지역일수록 중력이 커져요. 그리고 그 차이는 최대 100만 분의 1까지 나지요. 바다보다 땅에서의 중력이 크고, 그 중에서도 히말라야 산맥처럼 암석이 많은 지역은 질량이 크기 때문에 중력도 다른 데 보다 커요. 바다에서는 해류나 밀물, 썰물로 인해 바닥에 언덕이나 계곡 등이 만들어지면서 중력의 차이가 생긴답니다.

그럼 지역에 따라 달라지는 중력의 차이는 누가 어떻게 잴까요? 그 주인공은 바로 지구 위를 돌고 있는 인공위성이에요. 가장 최근 공개된 중력장 지도를 만든 인공위성은 미국항공우주국(NASA)이 지난 2002년 우주로 쏘아올린 ‘그레이스(GRACE)’와 ‘챔프(CHAMP)’라는 쌍둥이 위성이에요. 두 위성은 고도 450km 상공에서 일정한 거리를 두고 돌아요. 그러다 지구의 중력이 달라지는 지역을 지나면 두 위성이 멀어지거나 좁아지는데, 이 거리를 이용해 중력을 측정하지요.

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달이나 다른 행성의 중력장 지도도 만들어지고 있어요. NASA가 2013년 발표한 달의 중력장 지도를 보면 중력이 센 곳은 붉게, 약한 곳은 푸르게 나타나 있지요. 이렇게 다른 위성이나 행성의 중력장 지도를 만드는 이유는 내부의 구조를 탐사할 수 있기 때문이에요.

최근 목성에 도착한 탐사선 주노의 임무 중 하나도 목성을 돌며 중력을 측정하고 중력장 지도를 만드는 거예요. 이를 통해 과학자들은 목성의 중력이 어떻게 작용하는지, 물질이 행성의 깊은 내부에서 어떻게 이동하는지 연구할 예정이랍니다.
 

글 : 이윤선 기자 petiteyoon@donga.com
일러스트 : 이창섭
어린이과학동아 2016년 16호


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