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과학교양

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빛의 간섭 1. 빛의 간섭 19세기 초 토마스영에 의해 빛의 파동설이 다시 부각될 때 증거로 삼은 것이 비의 간섭현상이었다. 뉴턴 링이라 하는 빛의 간섭예가 입자론 주창자인 뉴턴에 의해 일찍이 발견되었지만 그로부터 150년에 가까운 세월이 지난 후 영은 이에 대해 파동설로 정확한 해석을 할 수 있었고, 아울러 유명한 이중슬릿 실험을 하였다. 이후 프레넬, 프라운호퍼 등에 의해 여러 가지 간섭과 회절현상이 관찰되어 빛의 파동설은 증명되었다. 빛의 파동은 진폭의 제곱인 밝기가 명암의 차이로 나타나 직접 눈으로 볼 수 있기 때문에 공간적인 분포를 관찰할 수 있다. 따라서 간섭 결과도 공간에 간섭무늬(Fringe) 형태로 뚜렷이 나타나고 파장이 극히 짧아 개별적인 파형을 측정하기 어렵지만 간섭무늬 규모는 눈에 보일 정도로..
무지개의 원리 1. 무지개 데카르트는 무지개를 이해하기 위하여 물방울에 입사하는 수천 개의 광선을 작도로 추적하였다. 데카르트는 스넬과는 별도로 굴절 법칙을 발견하였고 이 법칙을 이용하여 무지개에 대한 설명을 명확히 한 최초의 사람이 되었다. 이보다 먼저 13세기에 살았던 철학자 베이컨은 다른 장소에 있는 관측자가 각기 다른 무지개를 보게 되고 이 무지개는 태양방향에서 약 42도 벌어진 고깔모양을 이룬다는 것을 관측해 내기도 하였다. 이 무지개가 대기 물방울에 의한 것이라는 사실은 1304년에 검증되었고, 1635년 데카르트에 의해 베이컨의 관측을 증명할 수 있게 되었다. 그러나 무지개가 여러 색의 띠를 가진 것을 증명해 보인 사람은 뉴턴으로서 빛의 본성을 설명하고 프리즘 실험을 통하여 빛이 여러 색의 요소를 합친 것..
빛 빛의 성질 호이겐스 원리 1. 파면의 전파(Propagation) 법칙 바다에서 파도가 밀려오는 것을 관찰해보면 파의 높은 부분, 즉 마루를 이루는 곡선이 그 형태를 조금씩 바꾸면서 움직이는 것을 알 수 있다. 파동의 마루를 이어준 곡선 혹은 곡면을 파면이라 한다. 이 파면이 시간에 따라 그 다음 파면을 형성하는 원리는 17세기 호이겐스에 의해 발견되었다. 호이겐스는 빛을 파동으로 보고 빛이 굴절이나 반사의 법칙을 설명하였으며 "파면의 각 지점들이 구면파를 발생시키는 파원이 되고, 무수히 많이 생기는 이 구면파가 겹쳐서 만드는 그 포락선이 그 다음 파면을 형성한다"고 주장하였다. 2. 프레넬-키르히호프의 수정 원리 호이겐스 원리는 임의의 모양 파면이 그 다음 파면을 형성하는 형태를 추측하거나, 파의 진행..
발명과 발견의 역사 2편 라이트 형제와 비행기(1903) 수천 년 전부터 인간은 새처럼 공중에 날아오를 수 있기를 꿈꿔 왔습니다. 이카루스와 다에달루스에 관한 고대 그리스 전설이 이미 날고 싶어 하는 인간의 소망을 다루고 있습니다. 이 전설에서 이카루스와 다에달루스는 깃털과 밀랍으로 날개를 만들어 등에 동여매고 이것을 이용해 새처럼 하늘로 날아오릅니다. 하지만 이카루스는 태양에 너무 가까이 다가갔기 때문에 밀랍이 녹아 추락하고 맙니다. 15세기에 이르러 레오나르도 다빈치는 처음으로 공학적인 비행 도구를 도안했습니다. 기구와 헬리콥터 그리고 낙하산에 관한 설계도를 그린 것입니다. 그러나 18세기 말이 되어서야 인간이 스스로 만든 기계를 사용해 실제로 공중에 날아오를 수 있게 되었습니다. 그동안 인간은 자연을 연구했고 자연의 법칙을..
발명과 발견의 역사 1편 유레카! 고대의 그리스인 아르키메데스는 역사상 가장 위대한 수학자 중의 한 사람이었고, 자연 과학의 창시자 중 한 명입니다. 그는 실험을 통해 이론을 검토하는 것이 얼마나 중요한지 깨달은 최초의 사람이었습니다. 그 외에도 그는 오늘날 우리가 사용하고 있는 많은 수학 공식을 발견했습니다. 아르키메데스에 관해서는 유명한 일화가 있습니다. 히에론 왕의 왕관이 진짜 금으로 만들어졌는지 밝혀 내야 하는 곤란한 상황에 처한 아르키메데스는 왕관을 상하지 않고 이 일을 어떻게 해결할지 고민하면서 목욕탕에 갔습니다. 그때 아르키메데스는 자신의 몸이 욕조 안의 물을 어떻게 밀어냈는지 알아차렸고, 이 현상으로부터 결정적인 아이디어가 떠올랐습니다. 그는 우선 왕관이 물을 얼마만큼 그릇 밖으로 밀어내는지 측정해야 했습니다. 그..
인체의 가장 특별한 부분, 심장 3편 혈액의 장거리 여행 인체의 가장 특별한 부분 1편과 2편에 나온 내용을 바로 혈액순환이라고 부릅니다. 여러분도 벌써 느꼈겠지만, 혈액순환이라는 것은 여러 갈래로 갈라진 아주 복잡한 도로망과 다를 바 없습니다. 그 도로망을 통하면 신체의 어떤 부분이든 도달할 수 있답니다. 여러분이 이 길을 통해 운반하는 것은 에너지라고 할 수 있습니다. 이 에너지는 모든 장기와 세포 조직이 성장하고 제 할 일을 잘할 수 있기 위해 꼭 필요한 것입니다. 정확히 말하면, 혈액 순환은 한 가지가 아니라 대순환과 소순환의 두 가지로 이루어집니다. 소순환은 한마디로 폐를 통과하는 것을 말합니다. 소순환은 이산화탄소를 실은 혈액이 우심실로부터 나와서 폐동맥으로 흘러 들어가는 지점에서 시작합니다. 이때 혈액은 쓸모없는 짐인 이산화탄소..
인체의 가장 특별한 부분, 심장 2편 혈액 속 수많은 동료들 심장에서 밀려 나온 여러분은 처음 한동안은 아주 빠른 속도로 달리게 됩니다. 그래도 여러분이 함께 여행하는 이들을 둘러볼 만한 여유는 남아 있지요. 먼저 눈에 띄는 건 수없이 많은 다른 적혈구들입니다. 그들의 임무는 여러분과 마찬가지로 폐로부터 산소를 받아 몸의 구석구석까지 전달해 준 뒤 다시 이상화탄소를 받아다 버리는 일입니다. 또한 여러분 주위에는 백혈구들이 북적대고 있습니다. 백혈구들은 경찰과 비슷한 임무를 맡고 있어서 병원균들을 끝까지 추적하여 붙잡아 파괴한답니다. 그리고 마지막으로 여러분의 또 다른 여행 동료는 혈소판이라고 부르는 이들입니다. 그들은 아주 작고 빛깔도 없으며 얇은 원반 모양을 하고 있지요. 혈소판은 사람이 다쳐 혈관의 벽이 찢어졌을 때 피가 응고하도록 돕는..
인체의 가장 특별한 부분, 심장 1편 심장이 두근두근 혈액순환 과정 이런 상상을 한 번 해봅시다. 여러분이 자신의 몸속을 여행할 수 있다는 상상 말입니다. 여러분은 자신의 몸 안으로 기어들어가 적혈구로 변신한 후 정맥을 따라 위쪽으로 헤엄쳐 가게 됩니다. 여러분은 곧바로 왼쪽 다리를 다 올라간 뒤 혈액과 함께 힘차게 아랫배 부분을 거쳐 심장 쪽을 향해 올라갈 것입니다. 그러니까 여러분은 지금 막 심장으로 되돌아가는 길이고, 아마 조금은 지쳐 있을지도 모릅니다. 심장을 떠나올 때만 해도 신선한 산소로 가득 차 있던 여러분의 여행 가방 속엔 지금은 여행의 목적지였던 발에서부터 가지고 오는 이산화탄소가 가득 차 있습니다. 여러분은 가능한 한 빨리 이산화탄소를 버려야 합니다. 왜냐하면 이산화탄소는 우리 몸에 아무런 쓸모가 없기 때문이죠. 그러니까 ..

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