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운동의 법칙 지도교사 김영춘 방산고등학교 Ⅰ. 이론 1. 역사적 발전 과정 현대 물리학으로 이어진 근대 물리학의 혁명은 갈릴레이 에서 시작되어 뉴턴에 이르러서 완성되었다고 할 수 있다. 하지만 갈릴레이, 뉴턴 시대 이전을 지배했던 역학의 만든 사람은 고대 그리스의 아리스토텔레스이다. 그는 운동의 일 어나는 원인과 운동 상태의 변화 원인을 설명하고 해야 한 다고 생각했다. 자연적인 운동은, 낙하 운동과 같은, 물체가 자기의 원 래 위치, 땅으로 가서 정지하고 싶은 경향 때문이다. 자발적인 운동은, 동물의 운동과 같은, 그들이 선택하기 때문이다. 강제된 운동은, 다른 물체의 작용에 의해서 일어난다. 아리스토텔레스는 운동을 3가지로 구분하고 각각의 원인을 설명하였다. 하지만 그 의 생각은 오류가 있는데, 자연적인 운동의 경우 - 무거운 것은 땅에서 쉬고, 가벼운 것은 하늘로 돌아가고, 천체들은 하늘에서 다른 법칙의 지배를 받는다.-는 마찰을 생 각하지 못한데 주로 기인하고, 자발적인 운동은 항상 그렇지만은 않다. 예를 들면 동 물이 미끄러짐은 운동을 하는 경우도 있기 때문이다. 갈릴레이는 아리스토텔레스와 다르게 생각을 했다. 물체 의 운동의 원인을 설명할 필요가 없고, 다만 운동의 변화 에는 물리적인 원인이 있다고 생각했다. 물론 아리스토텔 레스가 생각한 하늘과 땅의 물리 법칙이 다르다는 것을 반 대했다. 갈릴레이의 업적은 관성의 법칙을 확립하는 데서 크게 나타나난다. 사실 관성의 개념은 아리스토텔레스까지 거슬 러 올라가는데, 아리스토텔레스는 천상의 운동을 설명할 때, 즉 진공 속에서 방해하는 원인이 없다면 물체는 정 지하거나 아니면 계속 운동을 해야 한다 고 말했다. 갈릴레이는 코페르니쿠스가 결 론을 내린 지구가 정지한 것이 아니라 일정한 속력으로 태양 주위를 공전한다는 사 실에서 운동 법칙이 천상과 땅으로 구별할 수 없음을 깨달았다. 그리고 아리스토텔레 스의 천상 법칙인 진공 속에서 방해하는 원인이 없다면 물체는 정지하거나 아니면 계속 운동을 해야 한다 는 것을 기본적인 운동 원리로 삼았다. 165

어떤 표면을 운동하는 물체는 외부에서 방해를 받지 않으면 같은 방향으로 계속 같은 속력으로 운동한다. 관성(inertia)라는 용어는 요한네스 케플러의 책 Epitome Astronomiae Copernicana e 에서 처음 소개되었는데, 라틴어의 게으름 이란 단어에서 가져왔다. 케플러는 관성을 운동에 저항하는 것으로 정의했는데, 정지 상태는 설명이 필요없는 자연스러 운 상태로 가정했다. 이것은 갈릴레이나 뉴턴이 이해한 것과는 다소 차이가 있다. 2. 뉴턴의 운동 법칙 갈릴레이의 관성의 법칙을 이어받은 뉴턴은 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)에 서 자신의 운동 1법칙(관성의 법칙)으로 다음과 같이 표 현했다. 정지 상태에 있는 물체는 외력이나 알짜힘이 작용하 지 않으면 계속 정지해 있을 것이다. 운동중인 물체는 외 력이나 알짜힘이 작용하지 않으면 계속 운동 상태를 유 지 할 것이다. 이 표현은 다양하게 표현될 수 있다. 이면 에서 일정 외력이 작용하지 않는 경우에, 질량이 변하지 않는다면 속도는 일정하다 현대적인 의미에서는 물체에 외력이 작용하지 않으면, 물체의 운동 상태가 변하지 않는 관성 좌표계를 선택할 수 있다. 라고 표현할 수도 있다. 뉴턴의 2법칙(가속도 법칙)은 물체의 운동량의 변화률은 그 물체에 같은 방향으 로 작용하는 알짜힘에 비례한다. 수학적으로는 로 표현되며 질량이 변하지 않는 경우에는 <뉴턴의 사과 나무> 로 표현할 수 있다. 166

뉴턴의 3법칙(작용 반작용)은 모든 힘은 쌍으로 일어난다. 그리고 이 두 힘은 크기가 같고 방향은 반대이다. 이다. Newton's third law. The skaters' forces on each other are equal in magnitude, and in opposite directions 작용 반작용에서 힘의 작용점이 서로 다른 물체에 있다 는 것은 매우 중요한 사실이다. 힘의 작용점이 서로 다른 물체에 있으므로 작용 반작용 관계에 있는 힘은 합성이 되지 않아, 상쇄되지 않는다. 작용 반작용 법칙은 운동량 보존으로부터 유도할 수 있고, 운동량 보존 법칙을 유도 할 수 있다. 167

3. 질량과 관성 질량은 관성 질량과 중력 질량으로 구별하는데 관성 질량은 뉴턴의 2법칙에서 구할 수 있다. 즉 물체가 가속되는 것에 저항하는 정도를 나타낸다. 중력 질량은 지구가 물체를 끌어당기는 무게와 관련이 있는데, 이것은 물체의 중력 질량에 비례한다. 실험 결과에 의하면 두 가지 질량은 서로 같은 값을 가진다. 아인쉬타인은 두 질량 은 같은 물리량이라고 믿었고, 자신의 특수상대성 이론을 기술하는데 관성 질량을 사 용하였다. 관성 질량은 상대론적인 질량과 관련이 있고 따라서 정지 질량과는 다르다. 추가 늘어난 길이를 통해서는 중력 질량을 계산할 수 있고 추의 진동수를 통해서는 관성 질량을 계산할 수 있다. 추의 진동수는 우주 어디를 가든지 일정하다. 상대론적 질량은 물체가 광속에 가까워 질 때 효과가 잘 나타나는 데, 정지 질량을 라고 하면 속력이 인 물체의 관성 질량은 광속 이다. 168

Ⅱ. 탐구 활동 1. 탐구 목표 고전 역학의 역사적 발달 과정을 이해한다. 뉴턴의 운동 법칙을 이해하고 적용할 수 있다. 2. 준비물 관성 실험 세트, 기록타이머, 역학실험용 수레, 추 세트, 테이프(기록타이머와 역학 실험용 수레 연결용), 도르레, 실, 가위, 모는 종이, 풀, 용수철 3. 실험 과정 1 그림과 같이 실험 장치를 꾸민다. 2 수레의 질량을 고정시킨 후 추의 질량을 증가시키면서 수레의 가속도의 크기를 구한다. 3 추의 질량을 고정시킨 후 수레에 추를 올려 질량을 증가시킨 후 수레의 가속도를 구한다. 4. 실험 결과 1) 수레의 질량 일정 수레의 질량 일정 추의 개수 힘(N) 가속도( ) 추1 추2 추3 169

2) 추의 질량 일정 추의 질량 일정 수레에 올려 놓은 추의 수 수레의질량+ 추의 질량 가속도( ) 추1 추2 추3 5. 고찰 토의 1) 위 실험 결과를 이용해서 가속도와 힘, 질량과의 관계를 수식으로 표현하시오. 2) 힘 = 질량 가속도가 되기 위해서는 힘의 단위 [N]을 어떻게 정의해야 하는가? 3) 용수철 상수를 알고 있는 용수철 진자를 이용하여서 진동수를 구하면 매달린 물체 의 질량을 구할 수 있는가? 주어진 실험 도구를 사용하여서 매달린 물체의 질량 을 구하시오. 170

전기회로의 구성 지도교사 고재덕 용산고등학교 I. 이론 1. 저항의 연결 1) 저항의 직렬연결 저항을 직렬로 연결하면 아래 그림과 같이 저항을 하나로 길게 늘어놓은 것과 같은 효과가 있다. 1 각 저항에 흐르는 전류 직렬 연결에서 각 저항에 흐르는 전류 과 는 같으며 또한 전하량 보존 법칙에 의해서 전체전류 와 같다. 2 각 저항에 걸리는 전압 각 저항 과 에 걸리는 전압의 합은 전체 전압과 같다. 3 각 저항에 걸리는 전압과 전류의 관계 저항 에 걸리는 전압 : 저항 에 걸리는 전압 : 4 전체 저항 저항의 직렬 연결에서 전체 저항은 각 저항의 합과 같다. V V 1 V 2 R1 I R2 2) 저항의 병렬연결 저항을 병렬로 연결하면 아래 그림과 같이 저항을 한데 묶어서 도선을 굵게 한 것 과 같은 효과가 있다. 1 각 저항에 흐르는 전류 병렬 연결에서 전체 전류 는 각 저항에 흐르는 전류 과 의 합과 같다. 2 각 저항에 흐르는 전압 병렬 연결에서는 각 저항의 양 끝에 같은 전압 이 걸리게 된다. 따라서 각 저항 과 에 걸리는 전압은 같다. 3 각 저항에 걸리는 전압과 전류의 관계 171

저항 에 걸리는 전압 저항 에 걸리는 전압 4 전체 저항 I R1 R2 V I 1 I 2 저항의 병렬연결에서 전체 저항의 역수는 각 저항 의 역수의 합과 같다. 2. 다이오드의 연결 1) 다이오드 1 PN 접합다이오드는 순방향(p->n) 으로는 전류가 흐르지만 역방향 (n->p) 으로는 전 류가 흐르지 않는다. 2 회로안의 PN 접합 다이오드의 유 무는 저 항값을 측정하여 검사할 수 있다. 회로시 험기의 전원에서 공급된 전압에 의해 소자 에 흐르는 전류를 읽어 옴의 법칙을 적용 하여 저항값을 구할 수 있다. 순방향이 되 도록 다이오드에 연결되면 큰 전류가 흘러 작은 저항값을 나타나고, 역방향이면 대부분의 전류 흐름이 차단되어 높은 저항값이 나타난다 II. 탐구활동 1. 탐구목표 저항의 연결을 이해한다. 다이오드의 역할을 이해한다. 저항과 다이오드의 연결회로의 저항을 측정하여 회로를 구성한다. 2. 준비물 저항 (150Ω), 저항(300Ω), 다이오드, 땜납, 연결에나멜선, 납땜인두, 라디오펜치, 니퍼, 두꺼운 종이, 절연테이프, 리벳(구리 도는 황동), 테스터, 송곳이나 드릴(리벳 크기의 구멍을 종이에 뚫을 수 있는 것) 3. 유의점 종이에 미리 구멍을 뚫어서 리벳을 끼운 후 고정시킨다. 이 때 리벳은 납땜이 쉬 운 재료로 만든 것을 이용한다. 납땜 시 납이 책상이나 옷에 떨어지지 않도록 주의한다. 172

4. 과정 [실험1] 수수께끼 저항카드 만들기 1) 카드 만들기 1 두꺼운 종이를 6cm x 15cm 로 자른후 그림과 같이 세곳 A, B, C에 송곳이나 펀치 를 이용하여 구멍을 뚫는다.( 1세트는 30개이다.) 2 카드 안과 바깥의 각 구멍 옆에 A, B, C 기호를 서로 일치하도록 써 넣는다. 3 구리 또는 황동제 리벳을 구멍에 끼우고 단단히 고정시킨 후 종이를 점선을 따라 반으로 접을 수 있도록 그어서 흔적을 남긴다. 2) 회로 구성하기 1 참고자료의 회로를 보면서 저항과 다이오드, 연결도선을 이용하여 회로를 구성하 고 단단히 납땜한다. 2 납땜이 끝난 카드는 회로가 안으로 들어가도록 반으로 접은 후 둘레를 테이프로 붙여서 안이 보이지 않도록 한다. 이 때 예제로 사용할 카드 2개는 둘레를 테이프 로 붙이지 않는다. 3 카드에 회로 번호를 서 넣어서 회로를 구별할 수 있도록 한다. 173

4 회로번호가 써진 메모카드를 같은 크기의 포스트잇이나 종이를 이용하여 만든다. 174

[실험 2] 수수께끼 저항카드 회로 알아맞히기 1 회로시험기를 저항을 잴 수 있도록 준비한다. 저항과 다이오드를 이용하여 회로 시험기 사용법을 익힌다. 2 저항과 다이오드의 저항값을 회로시험기를 이용하여 극을 바꾸어 가며 측정하여 실제 값과 비교하여본다. 3 예제로 제시된 카드의 저항값을 각 단자별로 예측해보고 회로시험기로 측정하여 비교한다. 4 여러 개의 저항카드 중 두개를 골라 회로시험기를 이용하여 각 단자사이의 저항 을 측정한다. 이 결과를 이용하여 회로도를 예측하여 준비한 종이메모카드에 그린 후 칠판에 게시된 번호에 붙인다. 5 예측한 결과를 실제 회로도와 비교하여본다. 6 다른 조의 카드와 바꾸어 회로시험기를 이용하여 저항을 측정하고 회로도를 예 측한다. 175

5. 결과 및 해석 실험 2 수수께끼 저항카드 회로 알아맞히기 1 다이오드의 저항값 순방향 역방향 저항 2 예제 저항회로의 저항값과 회로도 카드번호 A-B B-A A-C C-A B-C C-B 3 저항카드의 측정값과 예상회로도 카드번호 A-B B-A A-C C-A B-C C-B 176

III 참고자료 1. 다이오드의 성질 p-n 접합형 다이오드의 동작원리는 다음과 같다. 그림과 같이 전압 를 걸어줄 때, p쪽에 (+)를 n쪽에(-)전압을 걸어주는 경우를 순 방향이라고 하고, 이 때 p형반도체 속의 정공은 n쪽으로, n형 반도체내부의 전자는 p 쪽으로 이동하여 회로에는 순방향 전류 가 흐른다. V 역방향으로 전압 (역 바이어스 전압)를 걸어 주면 p층 내의 정공 및 n층의 전자 는 각각의 전극 쪽으로 끌려간다. 정공과 전자가 이동해 가버린 빈 영역을 결핍층 (depletion layer)이라 부른다. 이 층은 마치 부도체와 같이 된다. 한편, 순방향과 역방향을 고려하지 않고 일반적인 다이오드의 정류특성은 이다. 순방향의 경우에는 작은 전압에도 많은 전류가 급격히 흐르지만,역방향의 경우에 는 많은 전압을 걸어주어도 거의 전류가 흐르지 않는다. 177

앙금 생성 반응 지도교사 이정희 구정고등학교 Ⅰ. 이론 수용액에 녹아 있는 이온을 확인하는 방법은 무엇일까? 가장 쉬운 방법으로는 앙금 생성 반응을 이용하는 것이다. 앙금을 생성하지 않는 금속 이온은 불꽃 반응으로 검 출할 수 있다. 그러나 리튬과 루비듐, 스트론튬은 모두 불꽃색이 빨간색이므로 불꽃 반응으로는 구분할 수 없다. 따라서 이 이온들을 구분하기 위해서는 원소의 스펙트럼 을 비교하여 확인할 수 있다. 1. 이온을 확인할 수 있는 방법 1) 앙금을 생성하는 반응 앙금 생성 반응을 이용하면 다양한 이온을 검출할 수 있다. 1 염화이온의 확인: 염화이온은 은이온과 만나면 물에 녹지 않는 흰색의 염화은 앙 금을 만든다. Ag + + Cl - AgCl 2 황산이온의 확인: 황산이온은 바륨이온과 만나면 흰색의 황산바륨 앙금을 만들고 칼슘이온과 만나면 흰색의 황산칼슘 앙금을 만든다. Ba 2+ 2- + SO 4 BaSO 4 Ca 2+ 2- + SO 4 CaSO 4 3 탄산이온의 확인: 탄산 이온은 바륨이온과 만나면 흰색의 탄산바륨 앙금을 만들고 칼슘 이온과 만나면 흰색의 탄산칼슘 앙금을 만든다. Ba 2+ 2- + CO 3 BaCO 3 Ca 2+ 2- + CO 3 CaCO 3 4 요오드화 이온의 확인: 요오드화 이온은 납이온과 만나면 노란색의 요오드화납 앙 금을 만든다. Pb 2+ + 2I - PbI 2 5 황화 이온은 카드륨 이온이나 납 이온과 같은 중금속 이온과 반응하여 앙금을 생 성한다. 따라서 황화 이온을 이용하면 몸에 해로운 중금속 이온을 확인할 수 있다. 178

Cd 2+ + S 2- CdS (노란색) Pb 2+ + S 2- PbS (검은색) 2) 불꽃 반응색 이용 수용액에서 앙금을 형성하지 않는 칼륨 이온, 나트륨 이온 등은 불꽃 반응색으로 이온의 존재를 확인할 수 있다. 이 이온들은 불꽃 반응을 하면 각각 고유한 불꽃색 을 나타낸다. 나트륨 스트론튬 칼륨 칼슘 바륨 구리 3) 원소의 스펙트럼 이용 햇빛의 스펙트럼은 연속적인 색의 띠가 나타나나 원소의 스펙트럼은 불연속적인 색 의 띠가 나타난다. 원소를 방전시켜 나타난 빛이나 불꽃색을 프리즘에 통과시키면 특 유의 선 스펙트럼이 얻어진다. 원소의 스펙트럼은 원소마다 모두 다르므로 모든 원소 를 구분할 수 있다. 따라서 불꽃 반응색이 비슷한 리튬과 스트론튬은 원소의 스펙트 럼을 비교하여 확인할 수 있다. Ⅱ. 탐구 활동 충북 청주 초정리에 가면 초정리 약수가 있 다. 이는 잘 알려진 광천수로 톡 쏘는 맛이 일품이며 설탕을 넣어 마시면 초정리 광천수 사이다가 된다. 또, 방태산에 있는 방동약수는 한국의 명수로 지정될 만큼 효험이 있다고 알 려져 있다. 톡 쏘는 맛이 강할 뿐만 아니라, 위장병과 소화촉진에 좋으며 이 약수물로 밥 을 지으면 푸르스름한 빛깔을 내고 윤기가 흐 르는 것이 입안에서 쫀득쫀득하고 절로 입맛 을 돋운다. 이렇듯 약수 마다 고유의 맛을 내고 효험을 가지는 것은 약수에 녹아 있는 어떤 성분 때문일까? 우리가 즐겨 찾는 이온 음료에 도 다양한 종류의 이온이 녹아있다고 표시되어 있지만 눈에는 보이지 않는다. 이와 같이 눈에 보이지 않는 이온을 찾아내려면 어떻게 해야 할까? 179

1. 탐구 목표 전해질 수용액 속에서 일어나는 이온들 사이의 반응을 통해 이온을 확인하는 방 법을 안다. 우리 주변에 있는 음료수나 수돗물에 포함된 다양한 이온을 알 수 있다. 이온성 화합물의 물에 대한 용해도의 규칙성을 알 수 있다. 2. 준비물 1 시약: KI 고체 알갱이 약간, Pb(NO 3 ) 2 고체 알갱이 약간, 0.1M KI 용액10mL, 0.1M Pb(NO 3 ) 2 용액10mL, 증류수 2 기구: 빨대, 마이크로 젓개, 일회용 컵, 돋보기, 손전등, 가위, 핀셋, 플라스틱 반응 판, 이온 반응 시료 키트(16종) <반응판과 다양한 용액들> 3. 유의 사항 1 깨끗하고 건조된 빨대를 사용하며 다른 고체를 사용하기 전에 반드시 빨대의 끝 을 자르거나 깨끗하게 한다. 2 결정 반응시 돋보기와 손전등으로 실험 결과를 관찰한다. 3 질산납 사용 후 깨끗이 닦고 납이 독성이 있다는 것에 유의한다. 4 반응판에서 방울을 떨어뜨릴 때 반응을 오염시키지 않도록 마이크로 뷰렛의 끝 에 용액이 닿지 않도록 한다. 5 반응판 바탕이 하얀색과 까만색인 것을 이용하여 생성물의 색이나 침전을 정확히 관찰한다. 4. 과정 및 결과 1) 첫째 걸음 : KI와의 Pb(NO 3 ) 2 의 용해와 반응 1 깨끗하고 건조된 빨대 스파츌라(spatula)로 고체 KI와 Pb(NO 3 ) 2 를 반응판 위에 각각 2개나 3개의 알갱이를 올려놓는다. 2 빨대로 1개의 KI 결정과 2-3개의 Pb(NO 3 ) 2 결정을 같이 올려놓고 돋보기로 관찰해 보자. 한 방울의 물을 떨어뜨리고 관찰한다. 마이크로젓개로 젓는다. 180

어떤 변화가 일어나는가? 3 반응판에 마이크로뷰렛으로 지름 1.5cm 정도인 물방울을 만들어 보자. 4 아래 그림처럼 물방울 옆에 KI 결정 1개를 놓고 물 속에는 넣지 않도록 한다. 반대 편 물방울 옆에는 Pb(NO 3 ) 2 결정 3-4개를 놓는다. H 2 O Pb(NO 3 ) 2(s) KI (s) 5 Pb(NO 3 ) 2 결정을 조심스럽게 물방울 끝에 넣는다. 몇 초를 기다린 후 KI에 대해서도 똑같이 해본다. 이 때 돋보기와 손전등을 써서 관찰한다. 관찰한 현상을 기록하고 이 변화를 설명한다. 6 한 방울의 KI 용액에 한 방울의 Pb(NO 3 ) 2 용액을 넣은 후 어떤 변화가 일어나는지 관찰하고 기록한다. 이와 같은 형태의 화학 반응이 이루어지는데 용액을 사용하는 가장 중요한 이유 는 무엇이라고 생각하는가? 2) 둘째 걸음 : 다양한 이온 반응 조사 1 14개 용액을 반응 판의 사각형 모양 위에 각각 한 방울씩 떨어뜨린다. 사각형 모 양 안에 각각 한 방울씩 떨어뜨려 혼합한다. 이 때 바탕이 하얀색과 까만색인 것을 이용하여 생성물의 색이나 침전을 정확 히 관찰하도록 한다. 색깔의 변화와 침전의 생성 유무 및 기체가 발생하는지를 알아내도록 한다. 각각의 이온 반응식을 활용하여 미지 시료를 알아낼 수 있도록 한다. 이 때 이온 반응식을 쓰기 않고 미지 시료를 알아낼 수 있는 방법에는 어떤 것 이 있을지 생각해본다. 사각형 모양 안에서 반응시키고 만약 반응이 의심스러우면 테스트 영역을 이용한다. 방울을 떨어뜨릴 때 반응을 오염시키지 않도록 마이크로 뷰렛의 끝에 용액이 닿 지 않도록 한다. 2 반응이 끝났으면 반응판에 혼합 용액을 그대로 놓는다. 정리하지 않고 그대로 놓아두는 이유는 무엇일까? 181

3) 셋째 걸음 : 3 가지 미지 시료의 확인 * 14개 용액의 반응을 비교해서 3가지의 미지시료를 찾아낸다. 1 주어진 3가지의 미지용액 중 첫 번째 미지시료는 14개 용액 중 하나이다. 먼저 찾 아보자. 2 위에서 알고 있는 시료를 혼합했던 것처럼 다른 14개 용액과 첫 번째 미지 시료를 반응 시켜보자. 반응 판에서 반응시켜본 14개 용액의 반응 결과와 비교해본다. 이 때 시간이 경 과하면 기포가 날아가는 등의 변화가 일어날 수 있다는 것에 유의한다. 미지 용액을 찾고 근거를 토의해보자. 이 온 근 거 양이온 음이온 3 14개 알려진 용액과 함께 두 번째 미지 용액을 반응시켜 보자. 힌트: 두 번째 미지 용액에서 양이온은 알고 있는 용액 중 하나이며 음이온은 알고 있는 용액과 무관하다. 두 번째 미지 용액을 찾고 근거를 토의해보자. 이 온 근 거 양이온 음이온 4 14개 알려진 용액과 함께 세 번째 미지 용액을 반응시켜 보자. 힌트: 세 번째 미지용액에서 양이온은 알고 있는 용액과 무관하며 음이온은 알고 있 는 용액 중의 하나이다. 세 번째 미지용액을 찾고 근거를 토의해보자. 이 온 근 거 양이온 음이온 5. 고찰 토의 182

1 우리가 마시는 다양한 음료수나 생수에 들어 있는 이온에는 어떤 것이 있는 지 다양한 자료를 이용하여 알아보자. 2 미지 이온 검출 방법에 있어서 위의 방법 이외에 어떠한 방법이 있는지 다양한 자료를 이용하여 알아보자. Ⅲ. 부과과제 1 이온성 화합물은 물에 대한 용해도에 따라 가용성 염, 난용성 염, 불용성 염으로 나눌 수 있다. 각각의 정량적 기준을 알아보고 이온성 화합물의 물에 대한 용해도 규칙 표를 만들어 보자. 2 용해도 평형을 결정짓는 인자에는 어떤 것이 있는지 알아보고 이온성 화합물의 용해 현상을 설명해 보자. Ⅳ. 참고 자료 김현경ㆍ정영규 공역(2004). 켐트렉. 화학교육. 자유아카데미 Stephen Thompson(1989). CHEMTREK. Prentice Hall 우규환 외 11(2005). 과학. (주)중앙교육진흥연구소 박영동ㆍ최중길 공역. OXTOBY NACHTRIEB(1999). 현대 일반 화학(3판). 일반화학교 재연구회 183

레몬즙의 중화 지도교사 이원숙 용산고등학교 Ⅰ.이론 1. 산 염기의 중화적정 산에 염기를 가하면 산의 성질이 점점 약해지다 어느 점에서 산의 성질이 없어진 다. 이와 같이, 산과 염기가 반응하여 염과 물이 생기는 반응을 중화 반응이라 한다. 예를 들면 염산과 수산화나트륨 수용액의 중화반응에서 염산의 H + 와 수산화나트륨 의 OH - 가 결합하여 H 2 O로 되고, Na + 와 Cl - 은 염을 형성하는데 NaCl 은 이온성 화합 물로 수용액상에서 Na + 와 Cl - 로 남아 있게 된다. 이것을 이온반응식으로 쓰면 다음과 같다. H + + Cl - + Na + + OH - Na + + Cl - + H 2 O 이때, Na + 와 Cl - 는 반응 전체에 전혀 변하지 않는 구경꾼 이온이므로 알짜이온반응 식에서는 이온반응식에서 이 구경꾼 이온들은 소거하고 중화반응의 알짜이온 반응식 은 다음과 같다. H + + OH - H 2 O 중화 반응은 산의 H + 와 염기의 OH - 가 1:1로 반응하여 H 2 O 가 생성되고 염을 생성시 키는 반응이다. 이 원리를 적용하면 중화 반응을 이용하여 산 또는 염기의 농도를 결 정할 수 있는데 이를 산염기 중화 적정이라 한다. 만일 어떤 산의 농도를 알고 싶을 때에는 정확한 농도를 아는 염기 표준 용액으로 적정하여 그때 들어간 염기의 OH - 의 몰 수를 계산하면 산의 농도를 구할 수 있다. 중화 적정할 때 산과 염기가 완전히 중화 되는 점을 중화점이라 한다. 실제로 중화 점은 이상적인 값이고, 중화 적정에서 중화점에 도달하였다고 판단하여 표준용액의 첨가를 중지하는 지점을 종말점 이라고 한다. 종말점을 결정하는 방법으로는 흔히 지 시약을 사용하여 중화점 부근에서 색깔의 변화를 관찰하여 결정한다. 그 밖의 방법으 로는 분광학적 또는 전기 화학적인 방법으로 종말점을 결정할 수 있다. 지시약은 일정의 약산 또는 약염기로서 산성과 염기성의 색깔이 서로 다르다. 따라 서 ph에 따라 색깔이 다른데 각 지시약이 두 색깔이 변하는 변색 ph범위를 가지고 있어 중화점과 종말점을 일치시키기 위해서는 알맞은 지시약을 선정해야 한다. 산에 염기를 넣거나 염기에 산을 넣어 주면, 그 부피에 따라 용액의 ph가 달라진다, 이때 넣어준 염기 혹은 산의 부피에 따라 용액의 ph값이 나타내는 곡선을 중화적정곡 선이라고 한다. 그림은 염산에 수산화나트륨표준용액을 가할 때의 적정곡선이다. 184

2. MBL MBL(Microcomputer-Based Laboratory)이란 컴퓨터 또는 휴대용 컴퓨터 장치(PDA 또는 노 트북)를 이용하여 과학 실험을 하는 Computer(or handheld-computer) based data collection을 일 컫는 용어이다. 실험실에서 이루어지는 대부분의 실험이 학생들의 과학적 개념 획득과 탐구능력 향상 에 별 도움이 되지 않는 실험 데이터 처리에 많은 시간을 소모하는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 혁신적이고 유망한 방법이 바로 MBL이다. 기본적인 엑셀 사용 능력만 있으면 누구나 쉽게 이용 할 수 있는 장점이 있다. 1) 실험하면서 데이터 수집하기 1 워크시트의 [과학실험] 메뉴에서 [실험하기]를 누르면 [실험하기] 창이 뜨게 된다. [실험데이터 기록하기]에 선택이 되어 있으면 실험을 하는 중에 자동으로 데이터 가 수집되면서 워크시트의 셀에 기록을 하게 된다. 셀에 기록을 하지 않고 단지 측정되는 데이터의 값만 확인하고자 할 때는 이 옵션을 해제하면 된다. 2 자동인식 센서가 연결되었을 경우 워크시트의 셀에는 자동으로 측정하는 물리량 의 이름과 단위가 기록되며, 데이터 번호와 시간, 측정값이 함께 기록된다. 각 채널의 데이터 이름과 단위는 각 각 C3, D3, E3에 자동으로 기록되고 측정값은 C2, D2, E2에 기록된다. 연 속된 데이터의 기 록은 C4, D4, E4 부터 아래로 기록 된다. 185

2) 실험 중에 데이터 서식 변경하여 표시하기 1 워크시트의 C2, D2, E2셀은 각각 채널 A, B, C의 실시간 측정값이 기록되는 부분 이다. C2에서 E2까지 마우스로 선택하여 활성화된 셀로 표시한 다음 오른쪽 버튼 을 누르면 셀 서식을 수정할 수 있게 된다. 2 셀 서식 창에서 글꼴의 크기를 수정하면 다음부터 실험할 때 큰 글씨로 측정값을 확대하여 볼 수 있다. 이와 같은 방법으로 활성화된 셀 범위를 선택하여 글꼴의 크기, 무늬, 맞춤 형식 등을 다양하게 설정하여 실험을 할 수 있다. 셀 범위를 마우스로 선택하여 활성 셀로 만든 다음 오른쪽 버튼을 누르고 셀 서식에서 글꼴, 무늬, 맞춤 등 다양한 모양과 형식을 셀에 적용할 수 있다. 3) 실험 중에 그래프가 자동으로 그려지게 하기 엑셀의 워크시트 [과학실험] 메뉴에서 [실험하기]를 누르면 곧바로 실험을 하게 된 다. 이때 그래프는 실험이 끝난 다음에 만들 수도 있지만 실험 전에 미리 만들어 두 면, 실험을 하면서 그래프가 자동으로 그려지도록 할 수 있다. 186

1 먼저 실험준비를 모두 완료한 다음에 시험적으로 [실험하기]를 한 번만 해본다. 이 렇게 하면 실제 실험이 진행되면서 셀 안에 데이터가 수집되는 것을 볼 수 있는 데, 곧바로 실험을 중단한 다음, 차트마법사를 이용하여 그래프를 그린다. 2 차트마법사를 이용하여 [분산형] 그래프를 그린 다음에 [축서식]을 정의한다. 실제 실험(물의 가열곡선 실험)의 예를 들면, [축서식]-[눈금]에서 X 축의 시간(초)은 최소 값 0, 최대값 600을 설정하고, Y축의 온도( )는 최소값 0, 최대값 110을 설정하였 는데, 이렇게 실험에서 측정하고자 하는 물리량의 범위를 적절히 설정하여 실험 결과 분석을 하기 좋은 모양의 그래프가 그려지도록 하게 된다. 3 [원본데이터]를 이용하여 데이터 계열의 X 축과 Y 축 범위를 설정한다. X 축(시간)의 데이터범위는 [실험데이터개수]만큼 범위를 설정한다. 4 [데이터계열서식]을 이용하여 그래프의 모양과 색깔 등을 적절하게 설정한다. 5 [셀서식]을 이용하여 셀 안에 표시될 데이터의 소수자리수를 설정한다. 6 이렇게 그래프를 미리 만들어두면 Excel 파일로 저장한 후, 실제 실험시간에 학생 들이 이 파일만 불러오면 곧바로 그래프가 그려지는 실험을 할 수 있다. Ⅱ. 탐구활동 1. 탐구목표 산과 염기의 중화반응을 이용하여 레몬 속의 시트르산양을 정량하고 중화 반응에 대해 알아본다. MBL을 사용하여 중화 적정을 할 수 있다. 2. 준비물 50mL 뷰렛, 50mL 비커 1개, 깔때기, 레몬즙 20mL, 홀피펫, 피펫 필러, 250mL 비커 3개, 0.1M 수산화나트륨 수용액 150mL정도, 교반기 MBL실험장치 : MBL 인터페이스 1, ph 센서 1, 온도센서 1 3. 유의사항 1 산과 염기의 농도가 강하므로 실험과정에서 피부에 닿지 않도록 주의하며, 반드시 보안경과 장갑을 착용하도록 한다. 2 비커 등 유리 기구를 다룰 때 파손에 의한 상해를 입지 않도록 주의한다. 3 ph 센서는 완충용액 ph 4.0, 7.0, 10.0에서 보정을 반드시 수행한다. (보정과정에서 는 증류수를 이용하여 충분한 세척을 한다) 187

4. 과정 및 결과 1) 과정 탐구 실험 1 1 깔때기를 사용하여 뷰렛에 0.1M 수산화나트륨수용액을 넣는다. 콕을 열어 어느 정도 액을 흘려 선단부의 공기는 제거하고 뷰렛의 눈금을 읽는다. 2 250mL 비커에 10배로 희석한 레몬즙 20mL를 취하여 넣는다. 3 2에 페놀프탈레인 용액 3방울을 가한다. 4 뷰렛에서 일정한 속도로 수산화나트륨수용액이 레몬즙으로 떨어지도록 조절하고(1 초에 1방울정도) 교반기로 잘 섞어주며 실험한다. 5 엷은 분홍색이 나타날 때(10초 이상 지속) 뷰렛의 눈금을 읽는다. 용액이 바깥으로 튀지 않도록 주의한다. 6 5과정이 끝난 후 레몬즙을 중화시키는데 들어간 수산화나트륨 수용액의 양(mL)을 뷰렛 눈금차이로 구한다. 탐구 실험 2 -MBL 1 ph와 온도센서 컴퓨터와 MBL 인터페이스를 준비하고, 엑셀 과학실험의 [실험설정] 에서 ph센서를 보정한다. 보정은 ph 4.0, 7.0 10,0에서 증류수로 충분한 세척을 하 며 수행한다. 2 다음 그림과 같이 실험 장치를 설치한다. 3 실험장치가 준비되었으면, 뷰렛에서 일정한 속도로 레몬즙 20mL을 250mL비커에 넣고, 25mL NaOH용액은 뷰렛에 넣은 후, 1초에 1방울 정도 떨어지도록 조절 하고 교반기로 잘 섞어주며 ph와 온도를 측정한다. 188

2) 결과 1 엷은 분홍색이 나타날 때까지 들어간 수산화나트륨의 부피 실험 결과 처음 눈금(mL) 마지막 눈금(mL) 들어간 총 NaOH의 양(mL) 2 MBL 실험결과(예시)-0.1M 염산과 0.1M 수산화나트륨의 중화 5. 고찰 토의 1) 레몬즙의 농도 구하기 1 레몬즙의 수소이온농도 = 시트르산의 농도 H + = 0.1 중화에 들어간 수산화나트륨 수용액의 평균값 2 레몬 속의 시트르산 존재량 (%) = 0.1 [H + ] 189

2) MBL 실험 결과 분석 및 토의 1 시간에 따른 ph그래프로부터 ph와 부피의 관계 그래프를 얻으려면 어떻게 하면 될까? 2 이 실험에서 시간에 따른 ph변화는 부피에 따른 ph변화와 어떻게 다른지 설명해 보자. 3 탐구실험 1 에서 구한 결과와 MBL 결과를 서로 비교하여라. Ⅲ. 발전 학습 및 참고 문헌 1. 발전 학습 1) 중화 반응의 종말점을 찾을 수 있는 방법에 대해 조사해보자. 2) MBL실험의 장점과 단점에 대해 생각해보고, 실험을 고안해보자. 2. 참고 문헌 일반화학, Ebbing, 교보문고 Chemistry/Herron외 5인/ Heath/1996 Teaching Chemistry with Toys/Sarquis/Terriffic Science Press 고등학교 화학 Ⅱ 교과서, 여상인외, 지학사 MBL 과학실험여행, 김현수외, 드림웍스 190

소화제를 이용한 과학의 탐구 과정 지도교사 구향모 자양고등학교 Ⅰ. 이론 바쁜 일상생활과 서구화된 식생활로 현대인은 소화불량, 위궤양, 십이지장 궤양 등 소화 기관 증세를 호소한다. 이러한 증상은 업무 능률을 떨어뜨리는 등 일상생활의 지장을 초래하게 된다. 제약업계는 이 같은 환자들의 욕구에 부응하기 위해 빠르고 신속한 소화효소제의 개발과 홍보에 초점을 맞추고 있다. 소화제는 동물, 식물, 미생 물에서 소화효소를 추출한 약제로 동물성으로는 판크레아틴, 식물성으로는 디아스타 제 등이 있다. 이러한 소화제는 소화효소의 결핍과 소화 불량, 복부 불쾌감 등과 같 은 위와 장의 증세를 조절하기 위해 복용한다. 소화 효소제는 여러 소화효소를 다양 한 비율로 혼합한 형태로 판매되고 있으며 각각의 약제는 성분에서 큰 차이를 가지 고 있으며 소화제가 소화기관의 특정한 부위에서 작용하도록 다양한 방법으로 코팅 을 하기도 한다. 그런데 사람의 소화 기관은 환경 조건이 서로 달라 최적 조건이 다 른 효소들이 함께 작용하기 어려운 점이 있다. 여기서는 이런 의문을 기초로 소화제 의 실제 소화력과 소화 기관에 따른 작용에 대한 가설을 설정하고 탐구 실험을 설계, 수행해 보려고 한다. 1. 과학의 탐구 과정 1) 귀납적 탐구 개개의 특수한 사실로부터 공통 요소를 찾아 그것을 바탕으로 결론을 도출하여 일반적인 원 리나 법칙을 확립한다. <귀납적 탐구 방법> <연역적 탐구 방법> 2) 연역적 탐구 하나의 가설로부터 시작하여 가설이 옳을 경우 나타날 수 있는 현상을 미리 예측하고, 탐구를 통하여 그것이 실제로 일어나는지를 검증한다. 191

2. 탐구의 설계와 적용 1) 문제의 인식 : 자연 현상을 관찰하여 어떤 문제를 발견하는 과정을 말한다. 2) 가설의 설정 : 이미 알고 있는 과학적 지식 및 과거의 경험을 통하여 인식 된 문제에 대해 미리 예상하여 잠정적인 결론을 내린다. 3) 탐구의 설계 : 설정된 가설의 타당성 여부를 증명하기 위한 실험의 계획 및 준비 과정 1 독립 변인 : 실험 결과에 영향을 미치는 변인 2 조작 변인 : 실험에서 의도적으로 변화시키는 변인 3 통제 변인 : 실험 과정에서 일정하게 유지시키는 변인 4 종속 변인 : 독립 변인에 따라 변하는 실험 결과 4) 탐구의 수행 : 탐구의 설계대로 실험을 수행하여 실험 결과로부터 자료를 수집하는 과정 1 실험군 : 인위적으로 실험 요인을 변경 또는 제거한 집단으로 조건을 조작하여 그 결과를 대조군과 비교하는 실험이다. 2 대조군 : 실험군과 비교하기 위하여 실험 요인을 변화시키지 않은 집단으로 대조 군을 설정해야 실험의 객관적인 타당성을 부여할 수 있다. 5) 자료의 분석 및 해석 : 실험에서 얻은 자료를 처리하고 해석하여 규칙성을 발견하는 과정 6) 결론 도출 : 얻어진 자료를 토대로 가설이 옳은지 그른지를 평가하는 과정 3. 소화제의 주성분인 소화 효소의 특성 1) 효소의 기질 특이성 1 효소는 특정 기질에만 작용한다. 2 이유 : 효소의 활성 부위가 입체 구조를 나타내므로 기질의 입체구조와 일치할 때 만 결합이 이루어지기 때문이다. 192

2) 효소의 반응 속도에 영향을 미치는 요인 1 기질의 농도 : 기질의 농도가 증가하면 기질과 효소가 결합할 수 있는 확률이 높 아져 반응 속도가 빨라진다. 2 온도 : 효소의 주성분이 단백질이므로 일정 온도 이상 올라가면 효소의 구조가 변 하게 되어 그 기능을 상실한다. 3 ph : ph가 변하면 단백질의 입체 구조가 변하기 때문에 효소의 구조가 변하여 반 응 속도가 떨어지게 된다. 효 소 활 성 도 Ⅱ 탐구활동 1. 탐구 목표 3대 영양소에 대한 소화 효소의 작용과 사람의 소화 기관별 최적 조건을 비교한 다. 소화제의 다양한 형태와 차이를 알고 문제를 인식한다. 소화제 작용 과정의 문제를 이해하기 위한 가설을 세우고 실험 설계를 할 수 있 다. 실험 결과를 분석하여 결론을 도출할 수 있다. 섭취한 음식물에 따른 적절한 소화 촉진의 방법을 알아보고 탐구 결과에 바탕을 두터 어떤 규칙성을 찾을 수 있다. 193

2. 과정 및 결과 1) 여러 가지 소화제를 준비하고 작용 방법과 효과의 차이에 대해 토의한다. 2) 용액 소화제와 정제 소화제의 작용 방법에 대해 가설을 세운다. 가설 : 3) 가설에 따른 실험 설계를 한다.( 시험관에 넣을 내용물에 표 하시오.) 조원 : 내용물 시험관 녹말 용액 달걀 흰자 용액 소화제 알약 소화제 HCl NaOH ph 온도 요오드 반응결과 뷰렛 반응 결과 Data 정리 방법 : 반응의 정도를 다음에 따라 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 표시한다. +++ : 색깔이 진함 + 색이 연함 - 반응 없음 반응과정 : 요오드 반응은 유리판에 시험관의 용액을 떨어뜨려서, 뷰렛 반응은 시험관에 직접 4) 대조군과 효소의 작용에 영향을 주는 여러 가지 변인을 통제하고 고려한다. 통제해야 할 변인 : 5) 실험 결과를 분석하여 각 소화제의 작용 과정을 도출한다. 1 단백질과 녹말에 대한 소화 능력을 비교하고 2가지 소화제의 작용을 설명하시오. 2 2 가지 소화제의 최적 조건을 비교하여 소화제의 작용 기관을 추론하시오 6) 가설에 대한 결론을 내린다. 194

3. 고찰 1) 3대 영양소 중에서 소화제에 의해 분해가 잘 되는 것은 무엇인가? 2) 각 소화제의 최적 조건은 무엇인가? 3) 각 소화제는 주로 어느 소화 기관에서 작용하도록 만들어졌다고 생각하는가? 4) 소장의 소화 작용을 촉진하는 소화제가 해결해야할 문제는 무엇인가? 5) 다음 실제 실험의 결과 자료를 이용하여 소화 효소에 대한 작용을 추론하라 시험관 ph 소화된 정도 내용물 1 1.57 2.37 염산 + 펩신(RT) 2 1.62 0.7 물 + 염산 3 1.67 2.73 염산 + 펩신 4 1.71 2.37 염산 + 끓인 펩신 5 4.4 1.27 물 + 펩신 6 6.32 0.3 물 7 7.43 1.3 수산화나트륨 + 펩신 8 8.14 0.67 물 + 수산화나트륨 (단, 음식물의 모두 소화는 3, 소화 안 됨은 0의 값으로 표시하였다.) 1 소화제와 함께 먹으면 그 작용을 방해할 수 있는 음료수와 그 이유는? 2 그래프를 그려 펩신의 단백질 소화와 ph의 관계를 분석하자. 195

4. 토의 1) 소화제라고 해서 모두 같은 것은 아니다. 개개인의 상태에 따라, 무엇을 먹고 어 떤 식으로 소화 불량이 일어났는가에 대한 차이를 알고 복용하는 것을 염두에 둘 필요가 있다. 다시 말해 소화제를 잘못 선택하면 잘 듣지 않을 수도 있다는 것이 다. 실험의 결과를 기초로 어떤 방법으로 소화제를 복용하는 것이 좋고, 주의해야 할 점은 무엇인 지 토의해 보자. 2) 소화 정제의 캡슐은 어떤 기능을 목적으로 하는가? 3) 환경이 전혀 다른 위와 장에서 모두 작용하는 소화제를 만들려면 어떤 과정을 고 려해야겠는가? 5. 발전 학습 1812년에 성 마틴이라는 사람은 산탄총의 오발로 왼쪽 옆구리에 큰 상처를 입었으 나 버먼트라는 군의관의 도움으로 기적적으로 회복되었다. 그러나 총탄을 맞은 부위 는 완전히 아물지 않아 둘레가 6cm정도 되는 구멍이 생겼다. 버먼트는 11년 동안 성 마틴과 함께 살면서 위에 난 구멍을 통하여 여러 가지 음식물을 실에 묶어 넣어 준 후 소화되는 정도를 시간별로 조사하였다. 이것은 사람의 위의 소화 작용을 직접 조 사한 최초의 일이다. 실험 과정과 결과를 조사하여 보자. 196

현미경 및 마이크로미터 사용법 지도교사 백수관 서초고등학교 Ⅰ. 이론 1. 현미경 생물학 연구에서 가장 많이 쓰이는 기구 중의 하나가 현미경이다. 모든 생물을 구 성하고 있는 세포나 원생생물과 같이 작은 생물들을 관찰하려면 여러 가지 종류의 현미경이 이용된다. 초파리와 같은 작은 생물의 겉모습을 관찰할 때에는 보통 해부 현미경을 사용하고, 세포나 원생생물을 관찰할 때는 광학 현미경을 사용하며, 좀 더 미세한 구조를 수만 배 이상까지 확대하여 관찰하고자 할 때에는 전자 현미경을 사용한다. 이 실험에서는 현미경 중 가장 자주 쓰이는 광학 현미경의 구조와 사용법에 대하여 알아보고 마이크로미터를 이용한 길이 측정법에 대하여서 알아보자. 2. 현미경의 구조 1 접안렌즈(eye piece)와 대물렌즈(objective lens) : 눈을 통해서 들여다보는 부분이 접 안렌즈, 보고자 하는 물체(프레파라트) 쪽에 있는 렌즈가 대물렌즈이다. 2 경통(Tube) : 접안렌즈와 대물렌즈를 이어주는 부분 3 재물대(stage) : 관찰하고자 하는 물체를 고정시키는 부분, 재물대이동장치 (mechanical stage)를 이용하여 재물대 위에서 프레파라트를 이동시킬 수 있다. 4 조동 나사(coarce focus) : 경통 혹은 재물대를 상하로 움직이는 나사로 그 움직임 이 미동나사보다 크다. 5 미동 나사(fine focus) : 경통 혹은 재물대를 상하로 움직이는 나사로 그 움직임이 197

조동나사보다 작아서 미세한 초점을 조절할 때 사용한다. 6 광원 장치(반사경) : 표본을 밝게 볼 수 있는 장치로 광원의 밝기를 조절할 수 있다. 3. 현미경의 배율 현미경의 배율은 '접안렌즈의 배율 대물렌즈의 배율'로 결정된다. 예를 들어, 8 의 접안렌즈와 40의 대물렌즈를 조합해서 물체를 관찰하면 400배로 확대된 상이 시야에 나타난다. 4. 광학 현미경의 상 보통의 광학 현미경에서의 상은 허상이며, 실물과 반대인 도립상(거꾸로 된 상)이 나타난다. 5. 시야의 크기 : 배율이 배 증가하면 시야의 넓이는 로 감소한다. 6. 작동 거리 : 대물렌즈와 프레파라트 사이의 거리, 대물렌즈의 배율이 클수록 작동 7. 초점의 심도 조절 거리는 짧다. 현미경의 조리개는 현미경 상의 심도를 조절하는 역할을 한다. 조리개를 이용한다 면, 현미경의 상을 다양하게 관찰할 수 있다. 1 조리개를 열 때(빛이 많이 들어 을 때) : 초점 심도가 얕다. 2 조리개를 닫을 때(빛이 조금 들어 을 때) : 초점 심도가 깊다. Ⅱ. 탐구 활동 1. 탐구 목표 현미경의 구조와 각 부분의 기능을 설명할 수 있다. 현미경을 사용하여 작은 물체를 관찰할 수 있다. 마이크로미터를 이용하여 현미경 상에서 크기를 잴 수 있다. 2. 준비물 기구 : 현미경, 슬라이드 글라스, 커버 글라스, 접안 마이크로미터, 대물 마이크로 미터 재료 : 영구 프레파라트, 머리카락, 작은 글씨 198

3. 탐구 과정 일반적인 현미경 관찰 과정 1 조동 나사를 사용하여 경통을 올린다. (재물대가 상하로 이동하는 현미경에서는 재물대를 내린다.) 2 회전판을 돌려서 가장 낮은 배율의 대물렌즈가 재물대 중앙에 오도록 설치한다. 3 프레파라트를 재물대에 고정시키고 프레파라트 이동 나사를 이용하여 관찰하려는 물체가 재물대 중앙에 오도록 한다. 4 전등을 켜고 광량 조절 스위치를 돌려서 시야를 밝게 한다. 5 옆에서 보면서 조동 나사를 사용하여 대물렌즈와 프레파라트의 거리를 가장 가깝 게 위치시킨다. 6 접안렌즈를 들여다보면서 조동 나사를 서서히 돌려 프레파라트로부터 대물렌즈 가 점점 멀어지게 하면서 상이 나타나게 한다. 7 미동 나사를 서서히 앞뒤로 돌려 보면서 상이 뚜렷하게 보이도록 초점을 맞춘다. 8 조리개를 조절하여 상의 밝기를 조절한다. 9 대물렌즈를 고배율로 바꾸어 관찰한다. 프레파라트 제작하기 1 신문지에서 작은 글자가 있는 부분을 5mm 5mm 정도로 오려서 슬라이드 글라스 위에 놓는다. 2 신문지 조각 위에 물을 한 방울 떨어뜨린 다음, 기포가 생기지 않도록 조심스럽게 커버 글라스를 45 각도에서 공기가 들어가지 않게 가만히 덮는다. 3 물이 커버 글라스 위나 옆에 묻어 있으면 거름종이로 깨끗이 닦는다. 마이크로미터를 이용하여 현미경에서 길이 측정하기 현미경용 마이크로미터는 접안렌즈 안에 장치하여 물체의 크기를 직접 측정하는 데 쓰이는 접안 마이크로미터와 각 배율에서 접안 마이크로미터의 한 눈금의 상대적인 크기를 구할 때 이용하는 대물 마이크로미터가 하나의 세트로 되어있다. 접안 마이크로미터 한 눈금의 크기 구하기 1 대물 마이크로미터를 재물대 위에 놓는다. 이 때 눈금이 재물대 중앙에 오도록 하 고, 옆에 있는 숫자 0.01mm를 확인하여 뒤집어 놓지 않도록 주의한다. 2 대물 마이크로미터의 눈금이 시야의 중앙에 오도록 한 다음, 눈금이 선명히 보이 도록 초점을 맞춘다. 3 접안 마이크로미터가 들어 있는 접안렌즈를 돌려서 두 눈금이 나란히 겹치도록 한다. 199

4 두 눈금이 정확히 겹치는 두 곳을 찾아 그 사이에 있는 눈금의 수를 각각 센다. 5 대물 마이크로미터 눈금 1개의 크기는 10μm(0,01mm)이다. 이로부터 접안마이크로미 터 눈금 1개의 상대적인 크기를 산출할 수 있는데, 이는 다음과 같은 식으로 표시 된다. 접안 마이크로미터 눈금 1개의 크기=A 10(μm) B A : 눈금이 겹쳐진 두 곳 사이의 대물 마이크로미터 눈금 수 B : 눈금이 겹쳐진 두 곳 사이의 접안 마이크로미터 눈금 수 4. 탐구 결과 현미경으로 관찰한 것을 그릴 때에는 먼저 시야를 표시하고, 관찰한 현미경의 배율 을 표시하고, 관찰하고 있는 프레파라트의 명칭을 반드시 적고 연필만을 이용하여 점 과 선만으로 그리도록 한다. 관찰한 프레파라트에서 특정 부분의 길이를 재보도록 하자. 200

7. 고찰 및 논의 1 프레파라트를 전후좌우로 움직였을 때 상은 어느 방향으로 움직이는가? 그 이유는 무엇인가? 2 조리개를 사용하여 빛의 밝기를 조절한 결과 어떠한 차이가 나타나는가? 3 저배율과 고배율의 차이점을 정리해 보자. 구분 저배율 고배율 작동 거리 시야의 크기 시야의 밝기 4 현미경의 배율이 40배, 100배, 400배일 때, 대물 마이크로미터와 접안 마이크로미 터의 눈금은 어떻게 되는가? 각각의 배율에서 접안 마이크로미터 1눈금의 길이는 얼마인가? Ⅲ. 발전 학습 및 과제 1) 발전 학습 : 현미경의 해상능은 무엇인가? 분해능(해상능)의 정의 : 두 점으로 인정될 수 있는 가장 가까운 거리 1 사람 눈의 해상능 : 약 0.2 mm(200μm) 2 현미경의 해상능(r)을 구하는 식 : 광원의 파장, : 개구각의 1/2 : 프레파라트와 대물렌즈 사이 매질의 굴절률 3 현미경의 일반적인 최고의 해상능 λ= 600 nm, n=1(공기) sinθ(θ= 70, 100일때) = 0.941 r = (0.61 600 nm) / 1 0.941 = 389nm 0.4 μm 201

4 광학 현미경에서 얻을 수 있는 최고의 해상능 nm(청색), (immersion oil) d = (0.61 450nm) / 1.55 0.941 = 188nm 200nm(0.2 μm) 5 개구수 = NA 개구수는 값으로 (N.A. - numerical aperture)로 표시 대물렌즈 제조 시에 이미 확정된 값으로 대물렌즈에 표시되어있음 4 = 0.1, 10 = 0.30 40 = 0.65 l00 = 0.94(1.25 = oil 사용 시) 2) 과제 1 요즈음 연구실에서 많이 이용하는 현미경 중 하나는 형광 현미경이다. 형광 현미 경의 원리는 무엇이고, 어떻게 쓰이는지 알아보자. 2 전자 현미경의 해상능은 얼마인가? 전자 현미경의 해상능을 구하는 방법을 알아 보자. 202

판구조론 지도교사 장광화 광성고등학교 1. 대륙이동설( 大 陸 移 動 說 ; Continental Drift) 1) 1620년 : Francis Bacon 아프리카 서부해안선과 남미의 동부 해안선의 유사성을 언급 2) 1801년 : Alexander von Humbolt Bacon과같은 관찰을 하고, 유사성은 침식의 결과 3) 1858년 : Antonio Snider-Pellegrini "Creation and its mysteries revealed"란 저서에서 Pannsylvanian age에는 모든 대륙이 하나로 있다가 분리되었다. 펜실베니아기의 유럽과 북미대륙에서의 석탄층과 화석을 근거 4) 1885년 : 오스트리아의 지질학자 Edward Suess 유럽, 인디아, 호주, 남극 및 남미에서의 고생대 말기 화석의 유사성을 근거로 하나의 대륙이란 주장 Gondwanaland(현재는 Gondwana로 사용)란 초대륙 제의 5) 1910년 : 미국의 지질학자 Frank Taylor 산맥의 형성을 대륙의 이동으로 생각 원동력을 지구의 자정과 조석의 힘 6) 1915년 : 독일의 Alfred Wegener "대륙과 해양의 기원 이란 저서에서 대륙이동설 주창 Pangaea란 초대륙의 존재 제의 7) 1937년 : 남아프리카의 Alexande Du Toit Weger의 이론을 보강하는 방대한 자료의 수집 2. Wegener가 제시한 증거 1) 아프리카 서부해안과 남미의 동부해안선의 일치 1 해안선이 아니라 대륙붕을 따라 연결하면 더 잘 일치 203

2) 지질분포의 일치성 1 두 대륙 지각에서의 암석 분포의 유사성 2 고생대 석탄기와 페름기 초기의 빙하퇴적층의 연속 <암석의 표면에 남겨진 빙하에 의하여 긁힌 자국; 이러한 자료들로부터 이동 방향을 결정한다.> 3) 고생물학적 자료의 일치 1 Mesosaurus(작은 파충류; 양서류) 270 Ma : 남부 아프리카와 브라질에서 발견 2 Glossopteris : 양치식물류가 양대륙에서 일치 4) Wegener 이후 추가로 확인된 고지자기학적 증거 고지자기의 형성을 설명한 그림: 큐리온도 이하에서 자성광물들은 지구자기장에 의하여 자화되어 일정한 배열을 하게됨 204

지구의 겉보기 자극의 이동을 보여주는 그림 북미대륙과 유럽에서의 지질 시 대별 자기북극의 위치가 다름 대륙이동의 결과 3. Wegener 이론의 문제점과 당시의 반응 1) 문제점 : 판의 이동을 설명하는 기작 힘 지구 자전에 의한 원심력 2). 당시 지질학계의 이론 지구수축설(Cotraction theory)에 근거한 지질작용이 지배하던 시대이므로 판의 수 평적인 이동은 불가능하다는 것(상하운동만 가능) 3) 1928년 : 영국의 A. Holmes 맨틀의 대류이론 정립 Wegener가 해결하지 못한 대륙이동의 힘을 해결 4. 해저확장설 ( 海 底 擴 張 說 : Seafloor Spreading) 1) 1962년 : Princeton 대학의 R. Dietz와 H. Hess에 의하여 주창 1 1960년대의 해저 지형도를 작성하면서 해령의 발견 2 상승하는 마그마에 의하여 해령에서 새로운 지각형성 3 이 결과로 새로이 형성된 지각은 해령으로부터 멀어지는 방향으로 이동 4 이러한 이동의 힘 또한 맨틀의 대류(covection cell) 2) 해저확장의 증거 1 해령을 중심으로한 자기역전의 대칭 2 해양지각의 젊은 나이 해양지각에서 퇴적되는 퇴적물의 두께로부 터 유추하기 시작 심해퇴적물의 퇴적 속도 < 0.3 cm/1000y 조사결과 매우 낮았다> 3 해령으로부터 멀어질수록 나이가 증가하며 대칭으로 보인다 205

J. Heirzler, 1967 : 이동속도는 10~60 Km/100만년. 1-6 cm/y 5. 판구조론 ( 板 構 造 論 : Plate tectonics) 1) 판이란? 지구의 표면 즉 지각은 크 고 작은 여러 개의 조각으 로 나뉘어져있는데 이를 판 (혹은 지판 : plate) 이 라 한다. 이들은 서서히 이동. 지구의 표면 형태를 변화 시킴. 2) 판의 경계 1 확장경계 (divergent boundary) : 생성경계 해양 열곡(Rift valley) 형성 해령(Oceanic ridge) 형성 육지의 예 : 동아프리카 열곡대 지진규모가 작고 진원의 깊이가 10km 보다 얕은 천발지진 발생 2 수렴경계 (Convergent boundary) : 소 멸경계 해구와 산맥의 형성 섭입대(subduction zone)가 있음 진원의 깊이가 70km 정도의 심발지 진이 가끔 일어나고, 규모가 큰 지진이 자주 발생 3 보존경계 (Conservative boundary) 변환단층의형성 206

6. 판구조 운동의 몇 가지 증거들 1) 지형의 변화 해령, 해구의 형성 조산대의발달 단층의발달 2) 지진활동대의 분포 환태평양지진대 판의 경계에서 멀어질수록 지진의 발생심도는 증가 지진 천발지진 (0-70km의 심도) 중발지진 (70-300 km) 심발지진 (300 km 이상) 207

[지진이란?] 탄성반발설(elastic rebound theory)로 설명: 어떤 단층에 변형에너지가 서서히 축적되다가 암석의 파괴강도를 넘게되면 단층이 일어나면서 급격한 에너지의 방 출이 일어나는 것 지판의 소멸경계(섭입대)에서의 지진 발생 위치(사각형으로 나타낸 점) 경계부에서 멀어질 수 록 지진의 발생 심도는 깊어짐 화살표의 방향은 연약권에서의 가능한 대류세포의 이동방향을 나타낸 것임 대륙지각과 해양지각의 경계부에서의 부분용융에 의하여 형성되는 마그마는 안산암질(중성)이다 3) 화산활동 확장경계 현무암질 화산활동 수렴경계 안사암질 화산활동 (대륙지각의 부분용융의 결과) 4) 열점(hot spot)의 존재 고정된 위치에서 마그마를 분출하는 장소 하부맨틀에서 공급 대류설의 근거 대표적인 예 : 하와이군도의 형성 5) 기타 증거들 1 자극(겉보기 극)의 이동 2 열류량의 변화 208

대륙지각 판의 경계 : 약 2 μcal/cm2/sec 순상지 : 약 1 μcal/cm2/sec 해양지각 해령부근 : 3 μcal/cm2/sec 해양분지 : 1.4 μcal/cm2/sec 해구부근 : 1.1 μcal/cm2/sec 3 지자기 역전의 대칭성(해령을 중심으로) 해령을 중심으로 새로운 지각의 형성 동시기 형성된 지각은 동일한 지자기장하에서 형성되므로 7. 대륙을 움직이는 힘 1928년 Holmes가 제시한 맨틀대류설 맨틀대류: 가장 중요한 역할 제시된 모델 1 상층대류모델 2 전체대류모델 3 맨틀플룸모델 1) 맨틀대류의 결과로 형성된 중앙 해령에서 밀어 내는 힘 2) 견인력 암서권의 밀도가 연약권 보다 높기 때문에 발생되는 침강에 의하여 3) 중앙 해령에서 멀어질수 록 두꺼워지며 그 결과로 침강 경사를 이루어 미끄러짐 만약 경사도가1/30 정도라면 이동속도 : 수 cm/year 209

8. 어떤 속도로 이동되나? 이 그림은 지판의 평균적인 이동속도를 보여준다. 이동속도가 빠른 지판: 일반 적으로 태평양판의 남서부와 코 코스판 (손톱이 자라는 속도의 약 2배 속도 9-10cm/year) 이동속도가 느린 지판: 아라 비아판, 아프리카판 9. 왜 같은 지판 안에서도 이동속도가 다른가? 만약 평면으로된 지판이라면 이동 속도는 동일 또 다른 이유 지구는 구형(정확하게는 타원체)이므로 지판의 성질 구의 표면에서의 이동은 구의 한 축(확장축)을 기준으로한 회전 (대륙지각은 더 두꺼워 연약 권으로 더 깊게 침투) 확장극(spreading pole)으로부터의 거리에 따라 이동 속도가달라진다 해양지각보다 속도가 느림 210

10. 5천만년 후의 지구의 모습은? 11. 대륙은 앞으로도 그대로 유지되는가? 211

212

대기 대순환 지도교사 이대운 덕수고등학교 지구의 불균등한 복사 가열과 해륙분포의 지역적인 차이로 인한 온도의 불균형을 해소하기 위해 대기는 끊임없이 순환하고 있다. 적도 지방의 해들리 세포에서 에너지 를 운반하는 대류 방식과 달리, 중위도 대기에서 관측되는 편서풍 파동은 대기의 유 효 위치에너지를 운동에너지로 전환시키는데 중요한 기여를 하며 지구적 규모로 열 과 각운동량을 고위도로 수송한다. 이와 같은 파동에 의한 열 수송은 중위도에서 열 평형을 이루게 하는데 본질적인 역할을 하며, 남북 간의 온도 기울기를 해소시킨다. Ⅰ. 탐구 과제1 1. 준비물 같은 날, 같은 시각, 같은 지역의 지상 일기도와 500hPa 등고선도(또는 300hPa 등 고선도) 각 1장 2. 과정 1 같은 날 같은 시각의 지상 일기도와 상층 일기도<그림 1>를 서로 비교하고 지상 일기도의 온대 저기압이 나타나는 곳의 상층 일기도의 편서풍의 흐름과 이동성 고기압이 나타나는 곳의 상층 일기도의 흐름을 비교해 보라. 2 지상 일기도에서 장마 전선이 나타날 때 상층 일기도의 편서풍의 흐름은 어떠한 가? 3 만약 태풍이 우리나라를 지나갈 때 상층 일기도의 편서풍의 흐름은 어떠한가? 4 만약 겨울임에도 고위도에서 높은 기온이 저위도에서 낮은 기온이 나타날 경우(블 로킹 현상) 상층 일기도의 등고선에 어떤 변화를 파악할 수 있을까? 5 남북(적도 극지방) 간의 온도차가 클수록 풍속이 커진다. 그 이유를 모식적으로 설명해 보라. 213

<그림 1> 지상일기도와 상층일기도 214

[보충 학습] 1. 대기대순환과 평균자오면 순환 적도에서 더워진 공기는 열대류에 의해 상공으로 올라가 남북으로 흐른다. 북반구 에서는 북으로 향하던 공기가 지구자전의 효과로 나타나는 코리올리의 힘을 받아 오 른쪽으로 휘어져 흐른다. 이 공기는 상공에서 냉각되고 북위 30 가까이 이르면 일부 는 하강하여 지표로 되돌아온다. 지표에 되돌아온 기류는 코리올리힘을 받아 적도 저 압대를 향한다. 이와 같은 대류 세포를 발견자의 이름을 따라 해들리(Hadley) 세포라 고 한다. 적도저압대를 향하는 바람을 무역풍이라고 한다. 북위 30 를 넘은 공기는 상공에서 코리올리힘에 의해 거의 정동쪽으로 이동하면서 지표면과 상공에서 지구를 일주하는 편서풍이 된다. 편서풍이 단순히 서에서 동으로 부는 것만으로는 적도 부근의 열을 고위도로 운반하지 못한다. 편서풍이 더운 적도의 공기와 극지방의 찬 공기 사이를 움직일 때 남북으로 파동을 이루면서 따뜻한 공기 를 북쪽으로, 추운 공기를 남쪽으로 운반한다. 이와 같은 중위도 세포는 열대류 세포 가 아니며 페렐(Ferrel) 세포라고 한다. 북위 30 에서 지표로 하강한 공기 중 일부는 무 역풍이 되어 적도로 되돌아오고 나머지는 일부는 편서풍이 되어 북동쪽을 향하면서 고위도로 이동한다. 한편 극지방에서 공기가 냉각되어 무거워지면 가라앉으면서 지표면을 따라 중위도 를 향해 불어나오는 극동풍을 이룬다. 이 바람은 중위도에서 부는 편서풍과 대략 60 부근에서 만나 한대전선을 이룬다. 적도저압대와 마찬가지로 이곳에서도 강수대를 이 룬다. 대류권계면에서는 편서풍 파동의 중심축을 이루는 곳을 따라 가장 빠른 바람이 부는데 이를 제트류라고 한다<그림 3>. 중위도에서 제트류가 발생하는 원인을 이해하 기 위해 우리는 회전원통 실험 장치를 사용하여 실험하고자 한다. 2. 편서풍 파동의 축, 제트류 특히 겨울이 되면 고위도와 저위도의 온도차가 매우 커진다. 이때 남북 간의 온도 기울기가 커지면서 제트류는 더욱 발달하게 된다. 이때 대류권계면에 풍속이 강한 한 대전선 제트류가 발달하게 된다. 제트류는 중위도의 상공을 따라 동서로 길게 뻗으나, 지표면이 불균일하고 경압 불 안정으로 인해 일정한 분포를 가지지 못하고 있다. 아래 <그림 2>는 지구의 평균 동 서류를 나타내고 있고, 평균 자오면 순환은 생략했다. <그림 2> 동쪽과 서쪽으로 부는 대상류(동서류)의 분포. 회색 부분은 편동풍, 흰색 부분은 편서풍이다. J는 대류권계면에 서 나타나는 제트류이다. 215

이를 통해 보면 위도 30 50 부근에서 강한 흐름이 집중되어 있는데 이것이 제트류 이다. 남북반구 공통적으로 약 200hPa 등압고도인 대류권계면 부근에서 최대값을 가 지는데 이 부분을 제트류의 축이라고 하며, 겨울철 북반구에서 약 40m/s의 큰 풍속 을 나타낸다(이 수치는 평균 50 60m/s이며 강할 때에는 100m/s까지도 기록되는 것 에 비해 작은데 이는 국지적으로 존재하는 최대값이 작게 반영되었기 때문이다). <그림 3> 북반구에서 겨울철(왼쪽)과 여름철의 제트류(오른쪽)의 분포 각 반구에서 제트류는 겨울철이 여름철보다 강하다. 이는 겨울이 여름에 비해 남북 간(적도와 극 사이)의 온도차가 크기 때문이다. 제트류는 근사적으로 온도풍 평형을 유지하고 있다. 북반구는 여름에 제트류의 세기가 겨울에 절반 정도로 감소하고 제트 류의 축도 위도 15 정도로 북쪽으로 이동하는 등 계절에 따른 변화폭이 크다. 이에 비 해 남반구는 육지 면적이 북반구에 비해 작기 때문에 제트류의 세기가 여름과 겨울 에 큰 차이가 없다. 성층권에서 중간권까지 대체로 같은 풍계가 유지되는데, 강한 풍속의 축은 높이 60 km인 중간권에 존재한다. 이를 중층 대기제트라고 하며 그 중심축이 제트류축에 해당 한다. 중층 대기제트는 대류권과는 달리 계절에 따라 풍향이 역전된다. 북반구의 경 우 겨울에 편서풍, 여름에 편동풍이 된다. 이는 대류권계면과 중층 대기에서 형성되 는 제트류가 형성되는 메커니즘이 다르기 때문이다. <그림 4>편서풍 파동의 중심축인 제트류가 파동을 이루고 있다. 제트류가 북서풍인 지상에 고기압, 남서풍인 지상에 저기압 이 나타난다. 216

중위도 지방에서 편서풍은 역학적으로 불안정하기 때문에 경압불안정파가 발달하기 쉽다. 경압불안정파는 남북 방향으로의 운동량 수송을 통해 중위도 지방의 제트류를 강화한다. 대류권 하층에 나타나는 좁은 영역의 강풍을 하층 제트라고 한다. 하층 제트는 로 키 산맥의 동쪽이나 소말리 제트처럼 지역의 영향을 받는 것이 있고 가장 발달한 제 트류는 온대저기압과 장마전선에 동반해서 발달하는 하층 제트류이다. [온도풍] 대류권 내의 등압면 상에서는 극지방의 기온이 적도 지방보다 낮다. 따라서 극지방 의 대기의 밀도가 적도 지방보다 크다. 예를 들면 900hPa이 극지방이 적도 지방보다 낮다. 높이 올라감에 따라 700hPa, 500hPa, 300hPa, 의 등압면이 이루는 경사가 점 점 더 커진다. 등압면의 경사가 커진다는 것은 남북(적도 극) 간의 기압 경도(기울기) 가 커진다는 것을 의미한다. 공기의 이동은 적도에서 극 쪽으로 이동해야 하나 지구 자전의 효과로 인해 북반구에서는 서에서 동으로 이동하는 지균풍이 불게 되고 높이 올라감에 따라 지균풍의 속도가 더욱 커진다. 대류권 내에서는 남북 간의 온도 경도 가 중위도에 집중하고 있어 중위도 상공에서 편서풍이 최대가 된다. 이것을 볼 때 제 트류는 온도풍임을 알 수 있다. 3. 온대 저기압과 이동성 고기압의 발생 대기 대순환을 지배하는 대규모 파동은 정상파와 일시파가 있다. 정상파는 계절 시 간 평균파로서 계절의 기후 형태를 지배하며 일시파는 정상파 위에 얹혀서 시간에 따라 변화하면서 국지적인 날씨에 영향을 미친다. <그림 5> 온대저기압 발달의 모식도. 윗부분은 500hPa의 상층 일기도이고 아랫부분은 지상 일기도이다. 실선은 등고선도이고 파선은 등온선이다. 1기는 발달 초기, 2기는 중기, 3기는 성숙 쇠퇴기이다. 217

대규모 기상 현상에서 나타나는 중요한 파동이 로스비(Rossby)파이다. 로스비파는 위도에 따라 코리올리힘이 변화하기 때문에 나타나는 파이다. 공기 덩어리가 남북 방 향으로 움직일 때 형성되는 소용돌이도의 편차는 남쪽으로 움직일 때 저기압성 회전 을 일으키며, 북쪽으로 움직일 때 고기압성 회전을 일으킨다. 제트류가 남서풍으로 부는 곳의 지상에 온대 저기압, 제트류가 북서풍이 되어 부는 곳의 지상에 이동성 고기압이 되어 각각 중위도의 비 내리는 날씨와 화창한 맑은 날 씨를 가져온다. 4. 대기의 블로킹 대기대순환에서 블로킹이란 편서풍이 정상적으로 흐르지 못하고 남북으로 크게 사 행하는 구조를 유지한 채 일주일 이상 지속되는 현상을 말한다. 아래 <그림 6> 중 왼 쪽은 정상 상태의 편서풍을 오른쪽은 블로킹이 나타난 상태를 나타낸 것이다. 블로킹 이 계속되면 준안정적인 블로킹 고기압이 편서풍의 흐름을 가로막아 온대저기압과 이동성 고기압의 이동 경로가 정상 상태와 달리 크게 바뀌게 된다. 블로킹은 주로 겨울과 봄 사이에 태평양이나 대서양 상공에서 발생한다. 지속 시간 이 1주일에서 길게는 20일 이상 이르기도 한다. 블로킹이 강해질 때 편서풍이 약해진 다. 사실 블로킹의 발생과 성장에 관해 예보하기 매우 힘들어 오늘날에도 일기의 중 장기 예보를 어렵게 하고 있다. 관측 자료의 분석에 따르면 블로킹의 발생과 지속에 관해 비선형 작용, 산악 효과, 열적 효과, 경압불안정파에 의한 에너지 공급 등 다양 한 요소가 작용하고 있음이 드러났다. <그림 6> 왼쪽은 정상 상태의 북대서양의 편서풍, 오른쪽은 블로킹 발생시의 편서풍 (1992년 1월 16일무터 5일 동안의 평균)이다. 대서양 상공을 부는 편서풍이 블로킹 지역인 B에 막혀 남북으로 갈라진다. 5. 대기대순환과 계절풍과의 관계 지구의 평균 풍계를 나타내는 대기 대순환과 달리 대규모의 해륙풍인 계절풍이 동 아시아와 남아시아에서 나타난다. 계절풍은 이들 지역에서 1년을 주기로 여름과 겨울 에 풍향이 정반대로 나타나는 탁월풍이다. 계절풍의 발생 원인에 관해서 전통적으로 는 해양과 대륙과 비열에 따른 가열과 냉각의 차이로 설명되어 왔다. 여름에는 빨리 218

가열되는 대륙에 저기압이 발달하고 상대적으로 덜 가열되는 해양에 고기압이 발달 하여 습기 많은 여름 계절풍이 바다에서 육지로 불며, 겨울에는 그 반대 현상이 나타 난다고 여겨졌다. 특히 계절풍이 중위도 지방에서 현저한 것은 해양과 대륙의 온도차 가 크게 나타난다는 설명이다. 그러나 실제로 계절풍의 발생 원인은 이와 같은 단순한 이론으로 설명하기에는 무 리가 따른다. 이를테면 남아시아에서 나타나는 열대계절풍은 열대수렴대의 계절적 이 동과 관계된다. 즉 여름에는 열대수렴대가 적도를 넘어 인도 북부까지 북상함에 따라 이 지역에 저기압대가 형성되며, 남반구 인도양으로부터 불어오는 고온다습한 남동무 역풍은 적도를 넘은 후 남서계절풍이 되어 인도로 불어 들어간다. 겨울에는 열대수렴 대가 남반구로 이동함에 따라 풍계는 북동계절풍으로 바뀐다. 이것은 아시아 대륙의 냉각과는 관계없이 열대수렴대의 남하로 인해 원래의 북동무역풍이 제자리를 찾아가 는 것에 지나지 않는다. 따라서 이 지역에서는 여름의 남서계절풍이 겨울의 북동계절 풍보다 세력이 강하다. 동아시아의 계절풍의 발생 원인은 남아시아의 것과 다르다. 겨울에는 시베리아 지 역에서 복사 냉각에 의해서 생기는 강력한 대륙성 고기압의 발달로 북풍 내지 북서 풍이 불어온다. 이때 이 바람은 상공의 편서풍에 밀려서 온대 저기압과 이동성 고기 압을 나타내게 하고 이로 인해 삼한사온의 형상을 나타낸다. 여름에는 시베리아 고기압의 약화와 함께 북태평양 고기압이 강화되면서 한대전선 이 북상하며 이에 따라 무역풍이 남동풍 남풍 내지 남서풍이 되어 불어온다. 이 지역 에서 여름 계절풍은 겨울 계절풍에 비해 세력이 약하고 풍향도 일정하지 않은 특징 이 있다. 이와 같은 특징이 나타나는 것은 인도 북부를 거의 동서 방향으로 경계 짓 는 히말라야 산맥의 영향이 크다. 시베리아에서 발달한 고기압에서 불어오는 찬 공기 가 히말라야 산맥에 가로막혀 인도로 유입되지 못하게 된다. <그림 7> 여름과 겨울의 계절풍 열대계절풍은 적도 태평양의 2년 7년의 불규칙한 주기로 나타나는 해수면 온도의 변화인 엘니뇨 남방진동과 깊은 관계가 있다. 엘니뇨 기간 중 적도 해역의 표층수가 서부 태평양보다 중부와 동부 태평양이 더 더워지므로 중부와 동부 태평양에 상승 기류가 발달하고 폭우가 내린다. 이와 반대로 여름철 계절풍에 영향을 주는 서부 태 219

평양은 엘니뇨 기간 중 하강 기류가 발생하면서 구름의 형성을 방해하면서 강수량이 적어지게 된다. 이로 인해 가뭄이 심해진다. 6. 엘니뇨 남방진동이 편서풍 파동에 미치는 영향 정상적으로 열대 태평양에서는 무역풍이 동부의 고기압역에서 인도네시아 상공의 저기압역을 향해 서쪽으로 분다. 이 편동 무역풍은 남아메리카 해안을 따라 적도까지 한류의 일부를 끌어당긴다. <그림 8> 태평양 해수면 온 도의 분포 해수면 온도의 기후학적인 평균 엘니뇨 절정기의 해수면 온도 이상값 라니냐 절정기의 해수면 온도 이상값 이 해류는 적도 해역에서 서쪽으로 이동하면서 햇빛과 대기에 의해 가열된다. 이에 더해 무역풍이 남아메리카 해안으로부터 해수의 일부를 끌어가기 때문에 태평양 서 쪽의 해수면은 높아지는 반면 동쪽의 해수면은 낮아진다. 그 결과 열대 서태평양에는 두꺼운 난류층이 형성되고 상대적으로 약한 적도반류가 남아메리카를 향해 동쪽으로 흐른다. 220

수년에 한번 씩 서태평양 상공의 기압이 상승하는 반면 동태평양 상공의 기압이 하 강함에 따라 정상적인 지상 기압 형태가 반전된다. 이 같은 기압의 변화는 무역풍을 약화시키며 강력한 기압 반전 현상이 나타날 때에는 늘 불던 동풍이 서풍으로 바뀌 기도 한다. 이때 서풍은 적도반류를 강화시켜 광범위한 열대 태평양에 걸쳐 난류가 남아메리카 를 향해 동진하는 결과를 초래한다. 이때 인도네시아에는 하강 기류로 인해 가뭄이 계속되고 동태평양에는 상승 기류가 발달하면서 많은 비가 내린다. 이 현상을 엘니뇨 라고 한다. 약 1년 2년 동안 지속되는 온난기의 끝 무렵 동태평양 상공의 기압은 반 전되고 상승하기 시작하는 반면, 서태평양 상공의 기압은 하강하면서 정상을 되찾기 시작한다. 그런데 이 현상이 점점 더 강해지면 무역풍이 강해지고 남아메리카 연안의 한류가 발달하여 적도 깊숙이 끌려간다. 그리고 인도네시아 지역에 상승 기류가 발달 하면서 많은 비가 내린다. 이를 라니냐라고 한다. 이 둘을 합쳐 엘니뇨 남방진동이라 고 하며 열대 지방의 기상이 전 지구에 영향을 미치는 한 예가 된다. 비정상적인 수온 상승현상이 광범위한 지역으로 파급될 경우 전 지구 풍계에 영향 을 준다. 해양으로부터 대기에 많은 열이 공급되고 응결 과정에서 잠열이 방출되면 중위도 편서풍에 영향을 주어 특정 지역에 비가 너무 많이 내리는 반면, 다른 지역에 는 심한 가뭄이 계속된다. 적도 중부 태평양에는 태풍이 증가하지만 열대 대서양에서 는 상공의 바람이 허리케인 발달에 필요한 뇌우의 조직을 방해하여 강력한 엘니뇨 기간 중에 허리케인이 발생하지 못한 적이 있다. 강력한 엘니뇨 기간 중 인도에서 여 름 몬순의 상태가 약화되고 1997년에는 나타나지 않았다. 이 해에 인도네시아에 막대 한 피해를 일으킨 보르네오섬의 산불도 강한 엘니뇨의 영향으로 강수대가 중부 태평 양으로 이동하여 서태평양과 인도네시아가 매우 건조했기 때문에 발생했다. Ⅱ. 탐구 과제2 본 실험에서는 지구상에서 나타나는 대기대순환의 현상을 모의적으로 나타내고자 한다. 이중으로 만들어진 회전 원통을 일정한 각속도로 회전시키는 비교적 간단한 실 험 장치이다. 1. 준비물 회전원통실험장치, 얼음, 물, 알루미늄 분말, 온도계, 카메라 2. 과정 1 한가운데 원통에는 얼음을 넣어 그 주위의 물을 냉각시키고 가장 바깥에는 전열 기로 장치되어 있어 동일한 물을 가열한다. 원통에 들어있는 물의 냉각되는 쪽과 가열되는 쪽의 온도를 측정한다. 221

2 회전 원통을 처음에는 저속, 다음에는 중속, 나중에는 고속으로 회전시킨다. 단, 너무 세게 회전시켜 얼음의 냉각 효과가 미치지 못한 채 물이 회전원통수조 밖으 로 달아나지 않도록 주의한다. 3 카메라를 사용하여 물 위에 뿌린 알루미늄 가루의 흐름을 촬영하도록 한다. 4 물의 운동을 관찰하고 <그림 9>의 운동이 나타난다면 그렇게 나타나는 이유를 말 해 보라. 정상축 대칭류 정상 파동 불규칙 파동 <그림 9>회전 원통 실험 결과 5 알루미늄 가루의 흐름이 특히 빠른 부분을 찾아 그림으로 나타내어 보라. 이것이 대기 대순환에서 무엇에 해당하는가? 6 운동하는 물의 단면을 고찰하라. 그림으로 나타내어 보라. 7 자전 속도가 빠른 목성과 토성의 대기에서 줄무늬와 나타나는 소용돌이와 비교해 보자. 이 실험에서 나타나는 현상으로 소용돌이들을 설명할 수 있을까? 222

패러럴포트를 이용한 입 출력 제어 지도교사 조현철 한성과학고등학교 Ⅰ. 이론 컴퓨터의 메인보드에는 외부에 데이터를 입 출력할 수 있는 다양한 형태의 커넥터 가 있는데, 마우스, 키보드, USB, 병렬포트, 직렬포트 등이 그것이다. 특히, 병렬포트 는 프린터포트라고도 하는데 주된 사용 목적이 프린터를 사용하기 때문이다. 병렬포트를 프린터용도가 아닌 다양한 방법으로 제어를 통하여 활용할 수 있다. 예를 들어, 프린터포트를 이용하여 전등, TV, 보일러 등을 제어하고, 또는 윈도우프 로그램을 이용하여, 로봇팔 등을 직접 제어 할 수 있게 된다. 어렵지 않게 프로그램 할 수 있고, 그렇게 복잡한 디바이스 없이도 가능하여 활용 분야가 다양하다. 1. 패러럴포트 1) 종류 1 Bi-directional (PS/2), Standard Parallel Port (SPP) 2 Enhanced Parallel Port (EPP) 3 Extended Capability Port (ECP) 2) 구조 223

3) 핀 기능 핀 번호 기 능 값 1 Strobe OUTPUT, 부논리 2 Data bit 0 IN/OUTPUT 3 Data bit 1 IN/OUTPUT 4 Data bit 2 IN/OUTPUT 5 Data bit 3 IN/OUTPUT 6 Data bit 4 IN/OUTPUT 7 Data bit 5 IN/OUTPUT 8 Data bit 6 IN/OUTPUT 9 Data bit 7 IN/OUTPUT 10 Acknoeledge INPUT 11 Busy INPUT 12 Paper End INPUT 13 Select INPUT 14 Auto feed OUTPUT, 부논리 15 Error INPUT 16 Initialeze OUTPUT, 정논리 17 Select Input OUTPUT, 부논리 18~25 Ground 224

4) 핀 기능포트 어드레스 어드레스는 4~8개까지 할당이 되어 있지만 실재로는 3개만을 사용하게 된다. 입 출력 어드레스 3BC ~ 3BF 병렬 포트 MDA상의 포트 378 ~ 37F 제2의 병렬 포트 278 ~ 27F 제3의 병렬 포트 Address 378H Num Resistor bit Pin number 0 1 2 3 4 5 6 7 비고 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 bass Add 2 3 4 5 6 7 8 9 In/Out 379H Resistor bit Pin number Not use Not use Not use Error /Select Paper End Ackno wledge Busy 15 13 12 10 11 status Add In 37AH Resistor bit Pin number /Strobe /Auto Initialeze Printer /Select input 1 14 16 17 if (ack=0) IRQ Not use Not use Not use controll Add Out 2. LED(Light Emitting Diode) 1) 화합물 반도체의 PN접합 다이오드로 양단에 전압의 차를 가하면 빛을 방출하는 발광소자 2) 아래 그림과 같이 2개의 다리가 나와 있는데 긴 쪽이 애노드(+)이고, 짧은 쪽이 캐소드(-)이다. 3) 약 2.5V 정도의 전압차가 2개의 다리 양단에 걸리면 빛을 방출한다. 225

3. 7-Segment LED FND 라고도 하며, 숫자나 문자를 표시하는 데 사용되는 7개의 발광다이오드의 모임 1) 공통 애노드(Common Anode)형 1 다이오드의 애노드를 공통 단자로 사용 2 Common 포트에 VCC를 주고 A ~ G, DP 포트에 GND (Low)를 주면 불이 켜진다. 2) 공통 캐소드(Common Cathode)형 1 다이오드의 캐소드를 공통 단자로 사용 2 Common 포트에 GND를 주고 A ~ G, DP 포트에 VCC (High)를 주면 불이 켜진다. Ⅱ. 탐구 활동 1. 탐구 목표 패러럴포트의 구조를 알 수 있다. 다이오드의 발광원리를 알 수 있다. 패러럴포트를 이용하여 LED 입 출력 제어를 할 수 있다. 패러럴포트를 이용하여 FND 입 출력 제어를 할 수 있다. 2. 준비물 컴퓨터, c언어 컴파일러, 실험보드, 프린트케이블 226

3. 과정 및 결과 1) 기본 적인 실험을 하기 위하여 도스의 debug 프로그램을 실행 2) LED의 출력 외부의 포트에 출력 하기 위한 명령 O를 사용하여 다음 명 령을 실행시키고 실험보드의 결과를 확인 한다. 실습1) 실험보드의 LED의 상태를 OXOXOXOX 로 표시하는 프로그램을 작성 하시오. #include <conio.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #define LPT_Data 0x378 #define LPT_IN 0x379 #define LPT_Cont 0x37a..... 실습2) 실험보드의 LED를 좌에서 우로 이동 하는 프로그램을 작성 하시오. XXXXXXXO XXXXXXOX XXXXXOXX ---- XOXXXXXX OXXXXXXX 227

실습3) 실험보드의 FND에 0~9 사이의 숫자를 표시하는 프로그램을 작성하시오. 실습4) 실험보드의 FND에 0~9 사이의 숫자를 연속적으로 표시하는 프로그램을 작성하시오. 4. 고찰 토의 1) LED의 저항 값이 330Ω인 이유를 알아보자. 2) 패러럴포트의 주소를 알아 낼 수 있는 방법을 알아보자. 3) 실습1~실습4 까지를 하나의 프로그램으로 만들어 보자. 228

발명착상기법과 마케팅발명 지도교사 김병오 상암중학교 교감 Ⅰ. 서론 1. 2006년도 대통령과학장학생 선발계획 공고 <과학기술부 공고 제2005-155호> 21세기를 선도할 창의적이고 잠재력이 풍부한 과학기술분야의 최우수 고등학생을 선발 하여, 세계적 핵심과학자로 성장할 수 있도록 지원하기 위하여 아래와 같이 대통령과학 장학생 을 선발합니다. 2005년 10월 17일 부총리 겸 과학기술부장관 오 명 한 국 과 학 재 단 이 사 장 권 오 갑 가. 신청(가능)대상 국내장학생: 신청일 기준으로 국내고등학교 3학년생 내지는 조기졸업이 가능 하여 2006년에 국내대학의 자연계열(교육통계연보 분류기준에 따름)에입학예정인 자 해외장학생: 신청일 기준으로 국내고등학교 3학년생 내지는 조기졸업이 가능하여 해외 우수자연계열 대학에 2006학년도 입학예정인 자 (입학 허가자) 나. 선발인원 국내 장학생(140명 내외)-- 소속고등학교 교장 또는 시도 교육감이 신청(가능)대상자 중 우수 학생을 자체적으로 심사 선별하여 추천 및 신청 해외 장학생(10명 내외)- - 소속고등학교 교장이 신청(가능)대상자 중 우수학생을 자체 적으로심사 선별하여 추천 및 신청 다. 지원내역 : 대통령과학장학증서 수여 국내장학생 : 4년간 연구장려금 지급(1인당 연간 1천만원) 해외장학생 : 4년간 학비, 체재비 등 연구장려금 지급(최대 5만불) 라. 신청절차 신청기간-- - 국내장학생 : `05. 11. 7(월) ~11. 30(수)까지 신청방법 : 신청자가 과학재단 홈페이지(www.kosef.re.kr)에 접속하여 직접 온라인 신 229

청 후 해당 증빙서류는 우편 및 방문 제출 마. 평가개요 평가기준 : 수학 및 과학분야의 탁월성 및 발전가능성을 주요 기준으로 수학 과학 학 업성취결과 및 활동실적과 예비과학도 로서의 과학적 능력 및 윤리관, 사명의식 등을 종합적으로 고려 평가방법 : 관련분야 전문가로 구성된 평가위원회에서 서류심사 심층면접 최종 선발위원회 평가를 거쳐 대통령과학장학생을 선발 바. 증빙서류 접수처 : 305-350 한국과학재단 과학영재팀 (042) 869-6822, 6801 대전광역시 유성구 가정동 180-1 (마감당일 우편소인분까지 유효) 본 사업의 전반적인 안내는 한국과학재단 홈페이지 (www.kosef.re.kr) 대통령과학장 학생선발사업 을 참조 - 해외 장학생의 경우 추후 상기 홈페이지에 별도 안내 사. 과학논술 작성양식 GUIDELINE 1) 과학논술 제출 신청자는 반드시 본인이 직접 작성(창작)한 과학논술 1편을 제출하여야함 신청자 전원의 필수공통사항이며 분량은 10쪽 이내 2) 과학논술 주제 과학에 관하여 주제 및 분야(수학분야 포함)는 자유롭게 설정할 수 있으며 서론 본 론 결론의 논문형식을 갖추어야 함 과학논술은 심층면접평가 대상자로 선정시 신청자의 구두 Presentation 내용 에 포함됨 3) 과학논술 작성방법 작성 프로그램 : HWP 2002(또는 97)로 작성 표지작성 : 상단에 제목, 하단 우측에 소속 및 성명을 명기 편집기준(본문내용) - 편집용지 : 용지종류는 A4, 용지방향은 좁게, 여백 위 10, 아래 10, 왼쪽 18, 오른쪽 18, 머리말 10, 꼬리말 10, 제본 0 - 글자모양 : 글자체 신명조, 폰트 12, 장평 100%, 자간 0%, - 문단모양 : 여백 왼쪽, 오른쪽 0.0pt, 첫줄 보통, 줄간격 160%, 문단 위 0.0pt, 문 단 아래 0.0pt 2. 공신들 "트라이앵글 갇힌 고교생 고통 덜어주자" 공부 노하우 무료 강의 사이트 만들었다[중앙 일보 이원진.안성식] 서울대생인 강성태(23.기계항공공학부).성영(19.전기공학부) 형제는 올 5월 교양강좌 '말 하기 수업'을 함께 들었다. 주제는 '2008년 대입'이었다. 당시 고교생들 사이에서는 '죽음 의 트라이앵글'이라는 동영상이 돌고 있었다. 2008학년도 입시생들은 내신.수능.논술의 세 230

가지 모두에 짓눌린다는 내용이었다. 민사고를 조기 졸업하고 한국물리올림피아드 금상을 받은 동생 성영씨는 "고등학생 후배들을 위해 뭔가를 할 수 없을까" 하고 문제를 제기했다. 이런 취지로 서울대, 연세대 의대, 경희대 한의대, 미 매사추세츠공대(MIT)에 다니는 9명이 모였다. 상당수가 전국 등수로 0.001%(한 해 수험생 60만 명 중 6등)에 안에 들었던 공부벌레들이 다. 이들은 인터넷에 사이트를 개설하기로 했다. 후배 고교생들에게 공부 비법을 전수하 기 위해서다. 강씨 등은 사이트를 '공신( 工 神 )'(www.gongsin.com)이라고 지었다. 고교에서 공부를 잘 하면 '공신', 공부를 싫어하면 '공실'로 불리는 데 착안한 것이었다. 대통령 장학금이 씨앗이 됐다=사이트 개설에는 자금이 필요했다. 막내뻘인 성영씨가 500만원을 쾌척했다. 대학 입학할 때 받은 대통령상 장학금이다. '공신'인 이들 9명은 단 순한 공부벌레만은 아니다. 고교 자퇴생과 삼수생도 있다. 유상근(19.서울대 인문계)씨는 중학교 때 전교 500명 중 300등을 했다. 하지만 일산 백석고를 수석으로 졸업했다. 그는 자신의 이런 경험을 후배들에게 전하고 격려해 주고 싶어 공신에 합류했다. 민사고를 자퇴한 뒤 수능 497점으로 차석을 해 서울대 의대에 입학한 육지후(19)씨는 " 자퇴 이후 막막한 심정을 묻는 학생들이 많다"며 "그걸 얘기해 주겠다"고 말했다. 이들은 어떻게 가르칠까를 토론했다. "교과서에 충실하라는 따분한 얘기보단 사교육도 인정하고 이를 선별해 자신에게 맞게 이용하는 법을 가르치자"고 결론을 내렸다. '공신'들 은 6~7월 여름방학을 반납하고 공대 강의실에 모여 노트 정리법 계획 짜는 법 수 능 시험장 돌발상황 대처법 추천 인터넷 강의 봐도 도움이 안 되는 문제집 등을 동 영상 강의로 만들었다. "좋은 형이 되자"=8월 중순 사이트가 문을 열었다. 제대로 알려지지 않아 지금까지 이 용자는 200여 명뿐이다. 접속은 1000여 명이 했다. 공신들은 방학 때마다 모여 동영상을 만들 계획이다. 2008년 대입에 대해 잘 아는 07학번 후배들을 영입해 '공신 동아리'를 유 지할 생각이다. 강의는 무료다. 들어가려면 총 11개 강좌당 2만원씩의 보증금을 내야 하지만 강의를 받 고 나면 자동으로 환불된다. "저희가 돈을 벌려고 이런 걸 하는 건 아니잖아요. 하지만 보증금이라는 경제적 제약이 없으면 후배들이 끝까지 성실하게 강의를 듣지 않을 것 같아요." 이 모임의 리더 격인 강 성태씨의 말이다. 후배들에게 자극을 주기 위해 인터넷 강의를 성실하게 수료한 후배들과 서울대 등 명문대 캠퍼스 투어도 할 계획이다. "다른 친구들은 과외를 해 용돈도 버는데 왜 자기 돈 들여가며 이런 일을 하느냐"는 질 문에 대해 백동엽(21.경희대 한의대)씨는 "우리는 과외 선생님이 되려는 게 아니라 후배 들에게 좋은 형과 오빠가 되려는 것"이라고 말했다. (이원진 기자 jealivre@joongang.co.kr ) 231

Ⅱ. 발명착상기법 1. 발명 10계명 이해 발명교육에서 가장 중요한 것은 새로운 아이디어를 발상하는 창조적 능력이다. 이러한 능력은 하루아침에 생겨나는 것이 아니기 때문에, 아이디어 발상력을 향상시키기 위해서 는 상식을 벗어나는 독창성, 다양성, 유연성으로 끊임없이 활동하고 생각하는 능력을 키 우는 것이 무엇보다 중요하다. 각종 특허, 실용신안, 의장, 상표 및 지적재산권들을 살펴보면 반드시 새로운 아이디어 가 그 제품에 포함되어야 인정되는 것을 알 수 있다. 새로운 아이디어의 발상 능력을 키 우기 위한 여러 방법이 있지만 그 중 아래의 기법들을 많이 활용하고 있다. 가. 두 가지를 합하여 새롭게 만들기(더하기 기법) 나. 한 가지씩 빼내어서 새롭게 만들기(빼기 기법) 다. 용도를 바꾸어서 새롭게 만들기(용도바꾸기 기법) 라. 크게/작게 하여 새롭게 만들기(크게 하기 기법) 마. 다른 재료를 사용하여 만들기(재료 바꾸기 기법) 바. 모양을 바꾸어 새롭게 만들기(모양 바꾸기 기법) 사. 반대로 생각하여 새롭게 만들기(반대로 하기 기법) 아. 폐품을 이용하여 새롭게 만들기(폐품 이용하기 기법) 자. 남의 아이디어를 빌려서 새롭게 만들기(남의 아이디어 빌리기) 차. 실용적인 발명하기 2. 발명인의 습관 가. 기록하라. 1) "둔필승총( 鈍 筆 勝 聰 )" --희미한 잉크가 뛰어난 기억력을 이긴다. "탁월한 머리보다 무딘 연필이 앞선다"라는 독일의 격언과 같은 이 말의 뜻은 '아 무리 머리가 총명한 사람이라도 비록 서투른 솜씨나마 기록하는 사람만은 못하다'는 뜻이다. 즉 자기 머리가 총명하다고 자랑하는 사람보다는 머리는 그다지 총명하지 않더라도 그때그때 메모를 잘해 두는 사람이 이긴다는 교훈이다. 보통 나쁜 기억이 나 슬픈 기억들을 하루라도 빨리 잊어버리기 위해 '세월이 약이다'라는 우리 속담을 사용한다. 아이디어는 항상 우리 주변 장소의 구별 없이 어디에나 굴러다니며, 일하는 시간 과 쉬는 시간을 가리지 않고 떠올랐다가 사라지는 것이므로 즉시 메모하는 습관을 가져야 한다. 역사적으로 유명한 사람 가운데 많은 사람들이 메모를 잘하는 '기록광'이었다고 한 다. 링컨은 긴 모자 속에 항상 종이와 연필을 넣고 다니면서 떠오른 좋은 생각이나 주변사람들로부터 들은 의견을 꼼꼼하게 메모하여 지시하고 실천한 덕택에 정규 학 교에 다녀 본 일 없었어도 세계 역사상 가장 훌륭한 정치가가 되었고, 음악가 슈베 르트는 어느 때는 식당의 식단표에, 어느 때는 입고 있는 자기 옷, 그리고 만원버스 232

안에서는 앞사람 등에다 그때그때 떠오른 악상을 적어 그렇게 많고 아름다운 곡을 만들 수 있었다고 전해지고 있다. 2) 앗! 냉장고에 신발을--- 인간의 눈은 비디오 렌즈이며, 두뇌는 140억 개의 뇌세포를 가진 필름이다. 머릿 속에 무엇인가 새겨 두는 일을 기억이라고 말하는데, 어떤 일로 한 번 자극적인 인 상을 남기게 된 일은 뒷날에라도 상기되는 경우가 많다. 그리고 완전히 잊고 있을 경우라도 무엇인가의 계기에 의해 재확인할 수가 있다. 이와 같이 벌어졌던 일이 잠재 적인 형태로 남아 있는 상태를 기억이라고 부른다. 그러나 이 기억력은 남녀를 불문하고 마흔을 넘어가면 대부분 감퇴하기 시작한다. 여러분은 이런 기억력 감퇴현상을 한번쯤 겪어보았을 것이다. - 신발장에 넣어야 하는 신발을 냉장고에다 넣는 경우 - 학원 갔다 온 딸에게 주려고 준비한 비빔밥을 딸이 세수하는 동안 먹어버린 경험 - 세탁기의 빨래를 꺼내러 갔다가 무얼 하러 갔는지 잊어버린 경우 - 114로부터 방금 안내 받은 전화번호를 깜빡 잊고 다시 확인했던 일 등 하찮은 일이지만 한 번쯤 되새겨 볼만한 어느 50대 주부의 사례들이다. 이제는 전화기 옆에 펜과 메모지를 준비해 두고 기록하라. 그 기록지에 남아있는 희미하게 바랜 기록들일지라도 그것은 망각의 독소를 예방하는 백신이며, 훗날 당신 의 삶의 목표를 완성하게 할 것이다. 233

나. 여러 가지로 생각하라. 1) 왜 그럴까? - 똑똑한 바보가 창의적인 생각을 한다. 모든 상품이나 자연을 관찰할 때 한 가지 이상 의문점을 품고 그것을 해결함으로 써 더 발달된 사고가 나오기 때문이다. 혹시 여러분에게 신문지 한 장의 용도를 묻는다면 '부드럽게 꾸겨서 화장지 대용으로 사용', '단단하게 말아서 흉기로 사용' 태워서 얼굴을 검게 분장하는 재료로 사용', '장롱 속에 넣고 습기를 제거하는 흡습제 로 사용'한다고 대답 한 것 중에서 어느 것이 좋은 답이라고 생각하십니까? '눈앞에 보이는 답보다 감추어진 답을 찾는 전략' 즉 이익에 집착하는 1차적 대응보다 는 2차적 이익을 볼 줄 아는 창의적인 생각이 미래에 당신을 성공으로 안내할 것이다. 다음 사례가 우리에게 주는 의미는 무엇일까? 동네 형들에게 늘 멍청이라고 놀림 받는 소년이 있었다. 그 형들이 매번 이 소년을 불러서 1달러짜리와 2달러짜리 동전 중에서 아무거나 갖고 싶은 것을 가지라고 하면, 그 소년은 매번 1달러짜리를 집었다. 그래서 형들은 그 소년 의 행동에 즐거워하면서 그을 바보라고 놀렸다. 어느 날 소년의 행동을 답답하게 생각한 동네 할아버지가 소년에게 "1달러짜리 동전 이 크지만 2달러짜리 하나는 1달러짜리 2개와 같은 것"이라고 설명해주자 소년은 이렇 게 말했다. "저도 알아요. 하지만 제가 2달러짜리를 선택하는 순간 제 용돈이 끊기거든요" 여러분 이 소년은 과연 바보일까요? 2) 정답은 있다.-- 단지 여러 개일 뿐이다. 어떤 마을에 냉장고가 있는 집이 있고 없는 집이 있다. 냉장고가 있는 집을 쉽게 찾으려면 어떻게 해야 하는가? 면접 번호가 68번인데, 다른 사람이 거꾸로 89번이라고 우긴다면 어떻게 논리적으 로 반박하겠는가? 이 내용은 지방과 서울에 있는 어느 대학들의 2003학년도 구술문제 이다. 이 문제를 출제한 교수들은 정답을 가지고 있을까? 아니면 자신이 정해둔 몇 가지 사례만을 정답으로 인정할까? 여러분은 어떻게 대답하면 맞는 답이라고 생각하시겠습니까? 만약 흙과 백을 가려야 하는 수학문제가 아니라면 정답은 여러 개일 것이다. 수학에서는 정답이 하나밖에 없는 문제가 있을 수 있겠지만 발명의 대부분은 수학과 같지 않다. 어떤 문제의 정답이 하나라고 생각한다면 그 답이 발견되는 순간부터 더 이 상은 찾으려고 노력하지 않게 될 것이다. 하나의 정답을 찾는 습관은 문제를 생각하는 방법이나 취급하는 방법에 중대한 오류를 가져올 수도 있다. 따라서 발명 능력을 높이기 위해서는 또 다른 정답을 구하는 것이 좋다. 즉 사물을 보고 생각하는 데는 부드럽고 함 축성 있게 생각의 중심을 수평으로 이동시켜 여러 가지 각도로 생각하는 것도 좋은 방법 이다. 이처럼 답을 구하는 방법은 얼마든지 있지만 중요한 것은 실제로 구하고, 찾는 일 이다. 사실 발명적인 아이디어는 이따금 아주 가까운 곳에 그대로 방치되어 있다. 하나의 정 답으로 만족하기 때문에 그 아이디어가 보이지 않을 경우가 많다. 그러나 그 보이지 않 234

는 또 다른 정답을 찾을 수 있을 때 진정한 발명인이 되는 것이다. 다. 고치지 말고 개선하라.- - 중고품과 발명품의 차이 못 쓰는 물건(버리는 물건)을 이용하여 효과적으로 사용할 수 있는 방법을 연구할 때 가장 중요하게 구별해야 할 것은 폐품을 그대로 사용하면 중고품이고, 개선하면 발명품이라는 사실이다. 폐품의 활용에는 기발하고 섬세한 두뇌의 회전이 필요하다. 그 폐품의 성질, 또는 기능을 파악하고, 아무리 하찮은 부분도 그냥 지나쳐 버리는 우를 범해서는 안된다. "이 폐품을 다른 곳에 사용할 수는 없을까?" 또 더할 것은 없 는가?, 뺄 것은 없는가?, 모양을 바꿔 볼 필요는 없는가?, 용도를 바꿔 볼 필요는 없 는가?, 좀 더 크게 해 보거나 작게 해 볼 필요성은 없는가? 등등 가능 한 여러 각도 에서 생각해야 한다. 때로는 미생물의 이용이나 화학적 변화까지도 생각해야 한다. 최근에 우리나라에서도 폐기물을 재활용하는 발명이 많이 나오고 있다. 즉 우리 주위에 무궁무진하게 널려있는 빈병, 빈깡통, 다 쓴 칫솔 등 생활 폐기물을 재활용 하는 발명 아이디어를 학생 수준에서부터 성인 수준까지 조금만 연구하면 무궁무진 하게 발명꺼리가 나올 것이다. 남이 사용하였다고 하여 더럽게 생각한다던가 하는 것은 옳은 생각이 아니다. 내 것도 남이 깨끗이 씻어서 사용하듯이 남의 것도 내가 사용하는 것은 당연한 이치이다. 지구는 한정되어 있다. 모두 절약하고 남는 물건은 바꾸어 사용하고 또 개선하여 일석이조의 효과를 거두어야 한다. 따라서 이제 폐품을 단지 폐품으로 볼 것이 아니라, 하나의 개발 대상으로 여기고 주의 깊게 관찰, 개선의 여지를 발견하려는 노력이 필요한 것이다. 이런 발명품을 한전 상상하여 보자? 연탄재를 이용하여 지금의 벽돌보다 더 단단하고 좋은 벽돌을 만들고, 폐타이어를 이용한 고속도로 중앙 분리대나 야외용 의자, 그리고 구두 굽을 만든다면 어떻겠는 가? 하지만 이미 이런 폐품활용 발명품들과 관련된 많은 아이디어가 특허출원 되고 있다. 더 나아가 조개껍질을 이용하여 동물사료를 만든다거나, 볏짚과 왕겨를 이용 하여 완충용 포장재를 만드는 일, 그리고 폐 PET병을 이용하여 양식장 부유기를 만 드는 일 등도 알려지고 있다. 라. 불편한 점을 찾아라. 1) '필요의 욕구' "궁하면 생긴다 는 우리속담이나 필요는 발명의 어머니 라는 에디슨의 명언은 필 요가 발명을 낳는다는 것이며, 모든 일과 사물에 관심이 있어야 아이디어가 나온다는 의 미이다. 편리함을 추구하는 인간의 소망은 언제나 새로운 것을 필요로 한다. 또 인류는 필요를 충족시키기 위한 새로운 아이디어를 개발한다. 즉, 그 필요성이 발명을 낳는 원동력이 되기도 하며, 그 편리를 추구하는 노력의 결과 가 바로 발명인 것이다. 세상에는 무수한 발명품이 있지만 그 물건들을 발명한 사람들 중에는 전문가가 아닌 주부도 있고, 학생도 있고, 농부도 있다. 이처럼 발명이나 아이디 어라는 것은 누구에게나 가능한 것이다. 그러나 사람마다 차이가 있는 것은 필요의 욕 구 의 차이가 있기 때문이다. 235

남에게는 없는 독특한 기술, 참신한 디자인, 특출한 판매 방법 등. 무엇이건 남보다 다르고 뛰어난 면을 가지려면 우선 호기심과 의욕과 열의에 찬 필요의 욕구 가 필요하다. 즉 문제의식을 갖고 문제를 해결해야 하겠다는 필요의 욕구 말이다.아 이디어나 창의력이라고 하면, 자칫 과장되게 받아들여서 전문가 밖에 할 수 없는 것이라 고 생각하기 쉽다. 확실하게 말할 수 있는 것은 정밀한 설계 작업은 전문가의 일이다. 그 러나 아이디어를 얻는 일에는 전문가 비전문가의 구별은 없다. 오히려 최근에는 전문 분 야에 구애받지 않고 자유롭게 생각하는 초보자의 아이디어가 높이 평가받는 것도 우리 주변에는 적지 않게 있다. 2) 주변을 살펴보라! 자기 생활에 대한 마음가짐에서 아이디어가 출발한다. 더 좋은 인생을 바라고, 더 좋은 생활을 찾는 곳에 아이디어는 태어나며 그런 현실성 에 하나의 희망을 결합시키지 않으면 발명은 결코 태어나지 않는다. 아무래도 좋다는 무 기력한 마음가짐에 빠진 사람은 몸은 살아있지만, 정신은 죽어가고 있다는 사실을 명심 해야한다. 그러나 다행히 우리들의 주변에는 아침에 눈을 떠서 밤에 잠자리에 들 때까지 이런저런 크고 작은 일들로 가득 차 있다. 따라서 우리 주변은 아이디어를 얻을 수 있는 소재의 홍수 속이라는 것을 알게 될 것이다. 그러므로 그때그때 '어떻게 하면 편리할까?' 라는 생각으로 연구하고 개발하는 습관을 몸에 익혀야 한다. 평소 자신이 관여하고 있는 일에 애착을 느끼고, 무언가 개선해 보겠다는 의욕을 가지 면 이것이 창조력의 근본이 되고 아이디어의 원천이 된다. 개선하고 해결해야 할 일이 우리 주위에는 어떤 것이 있을까? 2002년 서울시 교통개선 시민제안 최우수상을 수상한 이소현양(동덕여고 1년)의 아 이디어는 필요의 욕구만 있으면 아이디어를 얻는 일은 누구나 가능하다는 것을 알 수 있 는 좋은 사례이다. 경기 분당의 친척집에 택시를 타고 갈 때였어요. 뻥 뚫린 도로를 시속 100km 이상으 로 질주하는데 어찌나 조마조마하던지. 그래서 과속하면 돈 못 버는 택시요금제 아 이디어를 생각하게 되었어요. 즉 시속 15km 이하일 때는 거리와 시간을 병산( 竝 算 )하고, 15km 이상일 때는 거리만 따져 요금을 받는 현행 택시요금 체계를 고쳐 일정 속도(예컨 대 시속 80km) 이상으로 운행할 경우에는 시간으로만 요금이 오르는 시간요금제를 도입 하자는 아이디어이다. 그러면 택시 운전사로서는 속도를 낼수록 운행시간이 짧아져 손 해를 보기 때문에 자연히 규정 속도 이내에서 안전운행을 할 것이고 일명 총알택시 는 사라질 것이라는 발상이었다. 마. 습관 2%를 바꿔라 1) 2%만 바꿔라. 습관이란 알게 모르게 오랜 세월에 걸쳐서 축적되어 온 것이다. 그래서 쉽사리 고 칠 수 없다. 그래서 인생에서 가치 있는 그 무엇을 성취하기를 원하는 사람이라면 자신의 습관을 면밀히 조사해 볼 필요가 있다. 그리고 그것의 밝은 면과 아울러 어 두운 면을 동시에 살펴볼 필요가 있다. 만일 여러분 스스로 반드시 고쳐야 하는 것 이라고 생각하면, 결단하고 행동해야 한다. 그리고 올해는 꼭 바꿔야 한다. 236

발명하는 습관은 발명하는 사람만이 만들 수 있다. 세 살 버릇 여든까지 간다고 하지만 이제 그 버릇, 즉 지금까지 가지고 생활해온 습관이나 고정관념을 버리고 올해에는 자신을 바꿔보려는 작은 목표, 2%만이라도 변화하여 출발해보자. 우리에게는 2%라는 독특한 광고로 언제부터인가 2% 부족하다는 말을 자주 사용 하곤 한다. 즉 부족한 2%는 채우고 넘치는 2%는 버려서 자신이 바라는 모습을 만 들어 가려는 의미이다. 그러나 2%라는 것이 사소한 수치같이 생각되지만 우리는 이 사소한 변화를 추구하는 것도 절대 가벼운 일이 아니라는 것을 알고 있다. 그러나 시작은 2%였지만 결국 끝까지 실천하여 인생을 100%로 바꾸면서 살아가는 사람들 도 있다. 2003년 미국 캘리포니아 주지사로 당선된 아놀드 슈워제네거 그는 청소년기에 허약한 체질개선을 위해 보디빌딩을 선택했고, 결국 세계 챔피언을 획득하여 근육질 배우로서 할리우드 스타로 이름을 날렸고, 또다시 강대국의 정치인으로 새로 태어났 다. 이는 사소한 변화를 실천하고 나면 곧 새로운 삶이 찾아오게 된다는 것을 보여 주는 좋은 사례라고 할 수 있다. 2) 고정관념을 버려라. 습관을 바꾸면 인생이 바뀐다고 한다. 새해를 시작하면서 흡연가가 담배를 끊는다 는 것이나, 애주가가 술을 끊는 일, 그리고 비만한 사람이 운동을 한다는 것 등 새 로운 습관을 만들어가는 과정은 결코 쉽지만은 않다. 그래서 많은 사람들이 이런 약 속을 작심삼일로 끝내는 이유도 거기에 있다. 그럼 발명하는 습관을 위해 무엇부터 해야 할까? 첫째가 고정관념을 버려야 한다. 가령 지난 연말에 느낀 자신의 문제를 에너지로 삼는다거나, 10년 후의 자신의 모습에 어떤 상태일까?, 또는 내 분야에서 나는 과연 전문가라고 자처할 수 있는가? 하는 등의 문제를 스스로에게 던짐으로서 고정관념을 깨는 동력으로 삼아야 할 것이다. 둘째는 기록하는 생활습관이다. 처음부터 수첩이나 기록장을 들고 조급한 마음으 로 덤벼 곧 포기하는 결과보다는 달력이나, 포스트잇, 그리고 벽지 등 우선 기록하 기 쉬운 곳 아무데나 기록하는 습관을 키워 서서히 적응해 가는 여유가 필요하다. 셋째는 자신이 좋아하는 일을 하라. 자신이 진정으로 좋아하고, 흥미 있는 일을 할 때 스스로 변화되어가는 것을 수월하게 느낄 수 있게 된다. 즉 신념에 동기를 부여 하라는 것이다. 따라서 자기가 마음속에 그리는 모습과 현실의 괴리가 클수록 태풍 과 같은 에너지가 발생하게 되며, 주변에서 한다고 나도 함께 하는 것은 바보 같은 일이라는 것이다. 다시 말해 자기 자신의 절실함 없이 외부적인 동기에서 뭔가를 시 도해봤자 작심삼일로 그치기 십상이라는 것이다. 우선 이상 3가지를 올해는 꼭 실천해 보자. 앞으로 내가 바꿔야 하는 습관은 100%이겠지만 올해의 목표인 2%를 바꾸는데 성 공한다면 결국 100%를 바꾸는 초석이 될 것이다. 237

바. 유연성을 키워라. 1) 머리를 말랑말랑하게 하라. 어느 마을의 한 스승이 제자들을 불러 모아 놓고 종이에 50cm 길이의 선을 긋고 나서 이야기를 했다. 이 선을 건드리지 말고 조금 더 짧게 만들어 보아라 스승의 말에 제자 들은 종이에 그려진 선을 보면서 궁리를 했으나 어떻게 할 줄을 몰랐다. 그 때 한 제자가 벌떡 일어나 종이에 그려진 선 밑에 또 다른 선 하나를 70cm로 그렸다. 그리고 나서 "이 제 짧아졌죠?" 여러분은 어떻게 생각하십니까? 우리 행동의 95%는 습관이라고 한다. 새로운 아이디어를 내고, 창의적인 발상과 생각 을 하는 것도 하나의 습관이다. 21세기는 아이디어가 세상을 지배하는 시대이다. 이제 생 각을 달리 해보자(Think Differnt). 생각을 바꾸면 습관이 바뀌고 습관이 바뀌면 당신의 운명이 바뀐다. 더욱이 분명한 건 생각을 바뀌는 덴 돈이 전혀 들지 않는 다는 것이다. 2) 지식보다는 지혜를 길러라. 송나라 시대의 유명한 대학자 사마광이 소년시절 겪은 일화이다. 어른들이 모두 일터에 나간 사이에 동네 아이들이 몇 명이 물이 가득 찬 큰 독에 올 라 놀고 있었다. 그러던 중 한 아이가 실수로 그만 자신의 키보다 깊은 큰 독 속으로 빠 지고 말았다. 같이 놀던 아이들은 어쩔 줄 몰라 하며 사람 살려요. 사람이 빠졌어요 라 고 소리를 쳐 댔다. 그러나 마을 어른들이 모두 일터에 나간 터라 도움을 받을 길이 없었 다. 아이들은 마땅히 구할 방도가 없어 발만 동동 구르며 안타까워했다. 그런데 이 아이 들 중 한명이 주변을 두리번거리다가 큰 돌을 하나 집어 들고 독을 힘차게 내리쳤다. 그 러자 독이 깨지면서 콸콸 쏟아지는 물과 함께 아이도 함께 밖으로 빠져 나왔다. 물에 빠 진 아이를 구하려면 독 위에 올라가 입구로 구해야 한다는 고정관념에서 벗어나 '독을 깬다'는 남다른(?) 생각을 했던 것이다. 사. 시대의 높이에 맞춰라. 1) 눈높이가 아닌 시대의 높이다. 앞으로 30년 후에 이런 발명품도 나올 수 있다고 한다. "TV나 팩스자료를 몸에서 몸으로 전송 받을 수 있다." "혈액 안에 무기를 장착할 수 있어서 따로 권총을 휴대할 필요도 없다." "캡술 한 알이면 늙지 않는 약이 발명되어 노화방지가 실현된다." "우리 몸 안에 직접 들어가 병을 탐지하는 나노 로봇 시대도 곧 온다." 등 우리가 상상 할 수 없는 엄청난 발명품들이 새롭게 등장 할 것입니다. 특히 머리카락 일 억분의 일 크기의 아주 미세한 나노 로봇은 눈에 보이지 않지만 그 기능은 우리의 상상을 초월할 만큼 탁월한 것으로 기대되고 있다.[나노(nano): 10-9에 해당하는 접두어로 기호는 n. nm(나노미터:1nm=10-9m)이다. 그러므로 나노미터는 종 래의 밀리미크론과 같은 값이다. 시간의 단위인 ns는 1초의 1/10억에 해당한다.] 이렇게 시대가 놀랄 만큼 빠르게 발전하고 있으며, 그 시대의 요구도 다양하다. 또 이 태리에선 털 없는 닭이 개발되고, 달나라여행은 곧 현실화 추세일 것 같은 초스피드 시 대에는 자신이 생각해낸 아이디어가 시대 높이에 맞추어져 있는가를 파악하는 게 매우 238

중요하다. 시대가 무엇을 요구하고, 어떤 수준의 발명을 필요로 하는지 파악하는 일이 발명정보를 얻는 일 중에서 가장 중요한 일이 아닌가 싶다. 시대높이에 맞지 않은 발명 을 하여 성공의 꿈을 접어야 했던 사례를 함께 이야기하여 보자. 90년대초 어느 샐러리맨 발명가의 이야기이다. 이제 막 삐삐(무선호출기)가 등장하여 한창 인기를 누리고 있을 때의 일이다. 우리나 라의 거대은행인 K은행의 대리로 근무하던 K모씨는 어느 날 손님이 앉으면서 테이블 위에 올려놓은 카-폰을 보고 깜짝 놀랐다. 크기도 문제였지만 앞으로 50cm쯤 나온 안테 나가 더욱 기이해 보였다. 이렇게 큰 안테나가 얼마나 불편할까? 그래 저것의 크기만 작게 만들면 성공할 수 있을 거야! 그는 곧 크기가 작고 성능이 우수한 새로운 안테나 찾기에 골몰하게 되었다. 낮에 는 직장근무, 밤에는 자신의 아이디어를 구체화시키기 위한 노력과 힘들고 땀 흘리는 시 간을 보내던 어느 날 드디어 작고 성능이 우수한 안테나를 만드는데 성공하였다. 그는 곧 직장을 그만두고 자신이 다니던 은행에서 대출을 받아 안테나 제조공장을 운영하게 되었 다. 그러나 이상한 일이 일어나고 말았다. 그 작고 실용적인 안테나는 팔리지 않았다. 왜 그럴까? 크고 긴 안테나! 그것이 그 시대의 힘과 돈의 표시였다는 사실! 크고 긴 안테나를 자동차의 뒷부분에 달고 다니는 것이 다른 사람에게 보여주기 위한 (과시용) 것이었기 때문에 실용적인 것보다 과시하고 싶은 욕구가 더 우위를 점하고 있 었다. 그래서 좋은 제품을 발명하고도 시대와의 높이를 맞추지 못해 결국 망하고 말았 다. 위의 사례는 좋은 제품이라도 시대높이를 제대로 파악하지 못하면 실패한다는 교 훈을 얻을 수 있다. 지금은 안테나가 작은 정도가 심해져 없는 것처럼 보이고 있다. 2) 사회이슈를 잘 활용하라. 지금 아주 멋진 '연탄집게'를 만들었다면 그 발명은 성공할 수 있을까요? 지금 난방연료로 연탄보다는 기름을 더 많이 사용하는 추세이며, 점점 도시가스로 바 꾸어져 가는 추세이다.'연탄집게'는 아무도 찾지 않을게 분명하다. 따라서 지금 사회의 이슈가 어떤 것인지를 빨리 파악하는 것도 발명을 성공하는 지름길이라고 할 수 있을 것 이다. 좋은 발명을 하고도 사회의 주목을 받지 못한다면 그것은 얼마나 서글픈 일인가! 1999년 정부는 '음식점에서 나무나 PVC제품의 이쑤시게 사용을 전면 금지 한다'는 발표를 하게 되었다. 음식점에서 나무나 PVC로 만들어 사용한 이쑤시개가 음식물 찌꺼 기 속에 포함되어 가축사료로 사용하는데 많은 어려움이 있고, 아울러 PVC제품은 환경 을 파괴하기 때문에 고민을 하고 있었다. 그러던 어느 날 초등학교 졸업 학력을 가진 중 소기업가 신( 申 )모 사장은 직원들과 냉면을 먹다 갑자기 수첩을 꺼내 메모를 했답니다. " 녹말전분을 이용한 이쑤시개" 한 중소기업을 운영하는 발명가가 이렇게 메모함으로서 정부의 고민은 끝이 나고 말 았다. 냉면을 만드는 녹말전분은 평소에 딱딱하게 굳어 있으나, 물에 들어가면 부드러워 지고 쉽게 분해된다는 생각을 메모한 신씨는 녹말로 된 이쑤시게를 만들어 시대에 부응 하는 발명품으로 인기를 얻었다. 녹말로 이쑤시게를 만들면 사용하고 난 후 음식물쓰레 기에 그냥 함께 버려도 쉽게 분해되기 때문에 친 환경제품으로 각광을 받고 있다. 이 발 명은 얼마나 정부에서 기다리고 있던 발명품인가? 239