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개념과 원리가 살아 있는 일상 속 과학탐구생활
《십대들을 위한 꽤 쓸모 있는 과학책》

이제 과학은 우리의 평범한 일상생활과 떼려야 뗄 수 없다. 이 책은 현대사회의 일상을 깊이 파고든 다양한 주제의 과학 이야기들을 담았다. 때로는 과학의 섬뜩하고 위험한 얼굴도 발견할 수 있을 것이다. 하지만 아는 것이 힘이라고 했다. 과학에 숨은 개념과 원리를 이해하는 과정에서 세상을 좀 더 예리하게 바라보는 눈과 냉철한 판단력의 기반인 과학적 사고를 키워갈 것이다. 아울러 과학기술의 발전 속에서 우리가 경계해야 할 것이 무엇인지에 관해서도 진지하게 생각해볼 수 있다. 더 나아가 미래에 과학기술이 어떤 방향으로 나아가야 하는지에 관하여 생각해볼 기회도 줄 것이다. 과학적 사고와 함께 한층 더 지혜로운 일상과 더 나은 미래를 만들어가기를 바란다.

“모든 것이 다 변했다!”
뉴노멀 시대에 더욱 필요한 과학적 사고

시시각각 변화하는 불확실성 사회,
합리적 문제해결의 기반인 과학적 사고를 키우자!

당대 최고의 바둑기사로 불리던 이세돌과 세기의 대국을 펼치며 유명세를 떨친 인공지능 알파고. 불과 수년이 흐른 지금, 인공지능은 놀라운 속도로 진화하며 우리의 상상을 훌쩍 뛰어넘는 수준으로 발전하고 있다. 이제 머지않은 미래에 인간의 일자리 대부분을 기계가 대신할 것이라는 데 많은 사람들이 동의한다. 게다가 코로나 19의 대유행으로 인해 분산, 다변화, 클라우드, 언택트가 가속화되며, 사회 변화를 더더욱 빠르게 부추기고 있다.
이렇듯 과학이 변화 발전하는 가운데, 정작 우리 인간은 점점 더 생각하는 것을 귀찮게 여기는 경향이 두드러진다. 그저 과학의 편리만을 누리려고 할 뿐, 그 안에 숨은 개념이나 원리에 관해서는 크게 관심을 기울이지 않는 것이다. 즉 직접 꼼꼼하게 관찰하고, 깊이 생각하여 스스로 판단하는 대신에 자꾸 뭔가에 의존하려고만 한다. 한편 빅데이터, 클라우드컴퓨팅 등 컴퓨터나 인터넷 기술은 하루가 다르게 발전을 거듭하고 있다. 기계는 시시각각 똑똑해지는데, 어쩐지 우리 인간들은 자꾸만 단조롭고 수동적으로 변화해가는 것이 우려스럽다.
지금보다 과학기술이 훨씬 더 발전한 세상에서 살아가게 될 우리 청소년들이 수동적 사용자의 시각에만 머문다면 불확실성이 넘치는 변화무쌍한 미래사회를 주도적으로 이끌어가기 어려울 것이다. 먼저 작은 것이라도 호기심을 갖고 “왜?” 하는 의문을 제기할 수 있어야 한다. 그리고 일단 문제를 발견하면 냉철하게 분석하고, 창의적으로 다양한 해결 방법을 고민하는 한편 적극적으로 실천해볼 수 있어야 한다. 이러한 과정에서 꼭 필요한 것이 바로 과학적 사고이다. 과학적 사고를 통해 평범한 일상 속 아주 작은 의문에서 시작하여 어쩌면 세상을 바꿀 만한 문제해결의 중요한 실마리를 발견해낼지도 모른다. 이 책은 여러 가지 과학 개념과 원리를 알기 쉽게 풀어간다. 특히 청소년의 일상과도 밀접한 다양한 주제들을 아우르고 있어 한층 더 재미있게 접근할 수 있다. 개념과 원리를 이해하는 과정은 궁극적으로 과학적 사고를 단련시키는 좋은 기회가 되어줄 것이다.

과학, 우리의 일상을 장악하다!

현대인의 생활 깊숙이 파고든 이런저런 과학 이야기와
숨 가쁜 일상 속 잠시 멈춰야 보이는 것들에 관하여

이 책은 현대인의 일상을 깊이 파고든 다양한 과학 이야기들을 아우른다. 무엇보다 생활 속에서 무심히 지나쳤던 소소한 이야기들을 통해 “왜 그럴까?”에 관해 한 번쯤 생각해볼 기회를 마련해준다. 예컨대 가정에서 매일 사용하는 여러 가전제품부터 손에서 한시도 떼놓지 못하는 스마트폰, 요리에 감칠맛을 더해주는 조미료, 세제와 섬유유연제 등의 각종 생활화학제품, 코로나 19 유행 이후 생활필수품이 된 마스크, 독특하고 중독성 있는 촉감으로 어른 아이 할 것 없이 인기 있는 슬라임, 한겨울 시린 손을 따뜻하게 데워주는 핫팩 등 일상에서 손쉽게 접하는 물건들 속에 감춰진 다양한 과학 원리들을 재미있게 탐색해볼 수 있다.
비록 작은 것이라도 과학 원리와 개념을 이해함으로써 독자들은 엄청난 진리에 한 걸음 더 가까이 다가서는 느낌을 받게 될 것이다. 그리고 이는 살아가는 데 꽤 쓸모 있는 지적(知的) 무기가 되어줄 것이다. 개념과 원리를 이해하는 과정은 그 자체로 과학적 사고력을 키우는 과정이다. 또한 사소한 것도 무심히 지나치지 않고 의문을 제기하며 적극적으로 탐색해나가는 동안 고차원적 사고와 창의적인 문제해결 능력도 함께 키워갈 수 있을 것이다.

“밋밋한 일상을 흥미진진한 배움의 세계로!”
창의성을 깨우는 과학적 사고의 중요성

불확실성이 팽배한 오늘날의 복잡한 사회현상을 이해하기 위해서는 끊임없이 샘솟는 지적 호기심과 창의적인 질문, 사소한 것도 무심히 넘기지 않는 예리한 시각, 때로는 불편한 진실과도 마주할 수 있는 용기 등이 필요하다. 과학적 사고야말로 이러한 역량들을 차근차근 키워가는 데 기반이 된다.
날개가 없는 선풍기가 바람을 일으키는 원리, 마스크를 빨아 쓰면 왜 바이러스를 차단할 수 없는지, 발열내의는 왜 얇지만 따뜻한지, 조미료 한 스푼에 왜 음식 맛이 확 달라지는지, 전자레인지는 어떤 원리로 음식을 조리하는지, 정전기는 왜 평상시엔 괜찮다가 한 번씩 위험한 폭발사고를 일으키는지, 요즘 새로 나오는 텔레비전은 어떻게 화면이 굽어지는지, 암호화폐와 블록체인은 대체 어떤 원리인지 등 생활 속 궁금증에서 출발하여 원리와 개념을 탐색하는 동안 과학은 물론 다양한 사회문제와 환경문제 등에 관해서도 함께 생각해볼 수 있다. 그러한 것들에 관해 종합적으로 생각하는 과정에서 세상을 보는 새로운 관점 또한 열리게 될 것이다.

쓸모 있는 과학 이야기와 함께
살아 있는 배움의 세계로 GO~GO~!

이 책은 이미 우리 생활 깊숙이 침투하여 일상을 장악해가고 있는 과학의 실체를 엿보게 해준다. 그저 편리하게 사용하면 그뿐이라고 생각했던 모든 것들에 대해 앞으로는 좀 더 색다른 시각으로 바라볼 수 있게 도와줄 것이다. 특히 그저 실험실 안에서만 존재하는 이론이 아니라 우리의 생활과 밀접한 이야기로 접근함으로써 재미있게 쓸모 있는 지혜를 키워갈 수 있다.
소소한 일상 속 과학탐구를 통해 지금껏 복잡하고 골치 아픈 것으로만 여겨졌던 과학의 원리들이 실은 우리의 생활과 맞닿아 있으며, 긴밀한 상호작용을 하고 있음을 깨닫게 될 것이다. 과학을 이해하는 눈을 뜨면 더 넓은 세상으로 나아가는 길을 발견하게 된다. 만약 책 속에만 머무는 공허한 지식이나 삶과 동떨어진 지식이라면 배움도 그만큼 멀어질 수밖에 없다. 하지만 이 책은 우리의 삶과 그 주변 이야기들로 시작하여 차근차근 호기심을 자극하며 더 깊은 배움의 세계로 안내한다. 마치 재미있는 단편소설처럼 가볍게 읽어나가는 동안 과학기술이 과거에서 현재로 어떻게 이어져 왔고, 또 미래에 어떻게 흘러갈지를 예측하고 상상해보는 재미를 안겨줄 것이다. 이것은 지금 당장의 쓸모를 넘어 미래사회에 꼭 필요한 소양과 지성을 키워가는 데 기여할 것이다. 또한 인간이 과학기술에 지배당하지 않고 기술의 발전을 주도하며 당당한 미래사회의 주역이 되기 위한 도전의식 및 자기 자신의 가치와 인류의 가치를 재발견하는 데도 분명 밑거름이 될 것이다.

김재현(공주대학교사범대학 화학교육과 교수, 공주대학교 前 총장)
우리가 생활하면서 무심코 사용하거나 경험하는 많은 것들이 이렇게 과학과 깊이 관련되어 있다는 것을 새삼 깨닫게 하는 매우 유익한 책입니다. 청소년들이 보면서 과학에 대한 관심을 새롭게 하고 미래 세계에 대한 큰 꿈을 가지게 할 수 있어 우리나라, 나아가 전 인류에 기여할 수 있는 우수 인재 양성에 큰 보탬이 되리라 기대합니다.

오헌석(서울대학교사범대학 교육학과 교수, 시흥캠퍼스본부장, 시흥캠퍼스 전략사업추진단장)
우리가 매일 접하는 일상생활 속에 숨어 있는 과학의 원리를 이야기하듯 들려주는 재미있는 책입니다. 마스크와 다이어트의 비밀부터 스마트폰과 가상화폐에 숨겨진 과학에 이르기까지 30개의 주제에 관한 흥미진진한 이야기가 펼쳐집니다. 무심코 지나쳤지만 한 번쯤 궁금했던 것들이 ‘아하, 그랬구나!’ 하며 쉽게 이해됩니다. 초·중·고 학생들의 호기심과 상상력을 길러주기 위해 권하고 싶습니다. 과학으로 세상을 보는 눈을 갖게 해주는 이 책이 미래를 개척하는 마음을 갖게 해주리라 믿습니다.

이원욱(국회 과학기술정보방송통신위원장, 화성을 국회의원)
경험을 통해 느끼고 다시 생각해보며 깨닫는 것만큼 값진 것이 또 있을까요? 그런 과정들이 쌓여 ‘잘 볼 수 있는 사람’, 즉 통찰력이 자라고, 이는 진정한 공감으로 이어지니까요. 과학은 잘 보는 사람이 되기 위해 꼭 필요합니다. 특정 사물의 원리는 사물을 이해하는, 즉 잘 보는 과정 속에서 생겨나죠. 이 책은 많은 실험들을 통해 도출된 결론과 또 그 과정들을 우리 아이들이 보며 사고하고 느끼면서 ‘잘 보는 어른’으로 성장하는 데 큰 도움이 될 것입니다. 그래서 더 크게, 더 깊게, 더 멀리 볼 수 있는 미래의 주역이 되길 바랍니다. 저 역시 잘 보는 어른이 되도록 더 노력하겠습니다.

이갑세(시인, 한학자)
책을 출판한다는 것은 쉬운 일이 아니지요. 특히 과학 전문서적의 출판은 더더욱 어려운 일인데, 기호나 도표, 숫자가 있기 때문입니다. 저자는 대학에서 물리 화학은 물론 통합적 과학 분야를 전공하고 학생들에게 20여 년간 과학을 강의하면서 체득한 어려움과 문제점을 바탕으로 쉽고 재밌게 설명합니다. 이 책을 과학 전공자와 고입·대입 필수 서적으로 강력 추천합니다.

이영주(청림중학교 과학교사)
누구나 실생활 속 과학 원리에 대한 호기심을 갖고 살아갑니다. 이 책은 청소년들에게 어렵게만 느껴졌던 과학에 대한 부분들을 흥미롭게 풀어나가 우리가 알고 싶었던 일상생활 속 과학 원리에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 많은 도움을 줄 것입니다.

프롤로그) 과학, 우리의 일상에 녹아들다

CHAPTER 01 신통한 과학 이야기
“편리한 일상을 만들어주는 것들의 원리가 궁금해!”

01│공기정화의 핵심 비밀은 무엇? _“미세먼지 아웃!”
02│시원한 바람은 어떻게 만들어질까? _“꼭꼭 숨어라 날개 보일라!”
03│시원한 에어컨의 뜨거운 비밀 _“기화열을 잡아라!”
04│신통방통 에어프라이어 _“기름 없이 튀긴다?”
05│리튬이온배터리의 모든 것 _“화학에너지를 전기에너지로~!”
06│전자레인지의 조리 비밀은 수분!? _“3분이면 뚝딱~”
07│바이러스를 거르는 마스크의 비밀 _“코로나 비켜~!”
방구석 실험실) 찌릿찌릿, 정전기의 힘으로 움직여라

CHAPTER 02 기묘한 과학 이야기
“와우, 온 세상이 화학이야!”

01│조미료 감칠맛의 비밀 _“그래, 이 맛이야!”
02│건강한 다이어트의 상식 _“땀을 빼면 살도 같이 빠질까?”
03│카페인의 수상한 메커니즘 _“커피는 안 되고, 녹차는 괜찮고!?”
04│독도 되고 약도 되는 화학의 세계 _“음식에도 궁합이?”
05│에너지 드링크의 허와 실 _“힘이여, 솟아라!”
06│에탄올과 메탄올 _“무시무시한 한 끗 차이”
07│동소체의 비밀 _“흑연과 다이아몬드의 공통점은?”
08│뜨끈뜨끈 핫팩의 발열원리 _“앗, 뜨거워!”
방구석 실험실) 도전, 수제 핫팩 만들기
CHAPTER 03 위험한 과학 이야기
“방심은 금물, 아는 것이 힘이다!”

01│미세플라스틱의 위험천만한 여정 _“문지르면 향기가 톡톡!?
02│미세먼지와 초미세먼지의 습격 _“핵보다 무섭다!?”
03│공포의 가습기 살균제 _“침묵의 살인자”
04│정전기와 폭발사고 _“방심하는 순간, 펑~!”
05│코팅프라이팬과 과불화옥탄산 _“정말 매일 써도 괜찮을까?”
06│일회용 생리대의 배반 _“나의 그날이 위험하다
07│중금속과 생물농축 _“삐뽀삐뽀~ 내 몸에 중금속이!?”
08│액체괴물은 환경호르몬 덩어리? _“흐물흐물, 쫀득쫀득~
방구석 실험실) 환경호르몬 걱정 NO! 안전한 액괴의 탄생

CHAPTER 04 놀라운 과학 이야기
“과학으로 새로운 미래를 만나다!”

01│발열내의의 후끈한 비밀 _“얇지만 따뜻하다!”
02│최초의 합성섬유 나일론 _“등장하자마자 완판신화!”
03│전구의 빛나는 발전사 _“더 밝고, 더 강력하게!”
04│스스로 빛나는 텔레비전 화면의 등장 _“이런 백라이트 같은…”
05│스마트폰에 반응하는 장갑의 비밀 _“터치터치~”
06│가상화폐와 블록체인의 메커니즘 _“자, 가즈아~!”
07│과학, 자연현상을 통제할 수 있을까? _“비야, 제발 쫌!”
방구석 실험실) 뭉게뭉게, 구름을 만들어 보아요!

광고처럼 공기청정기가 집안 공기를 맑고 깨끗하게 만든다면, 대체 어떤 원리로 작동하는 걸까요? 즉 우리가 공기청정기 전원을 켜면 어떤 일이 벌어질까요? _17쪽

여기에서 플라즈마 상태란 무엇일까요? 제4의 상태 라고 불리는 플라즈마는 초고온의 높은 에너지를 받은 기체 분자나 원자가 양이온(+)과 마이너스전자(-)로 나뉘어 섞이며 독립적으로 존재하고 있는 상태를 말합니다. _21쪽

그리고 두 번째 원통에는 베르누이 원리가 이용됩니다. 베르누이 원리는 공기나 물과 같은 유체가 빠른 속력으로 흐르면 압력이 작아지고, 느린 속력으로 흐르면 압력이 높아져 아래에서 위쪽 방향으로의 기압 차이가 생기는 것을 말합니다. 비행기가 뜰 수 있는 이유인 양력 또한 이 원리로 설명할 수 있죠. _28쪽

이 저온·저압의 액체가 증 발기 안의 코일을 타고 들어가면서 실내의 더운 공기와 만나면, 뜨거운 바닥에 물을 뿌렸을 때 물이 기체로 증발하는 것처럼 다시 기체로 바뀌며 증발하는데, 이때 주위의 열을 빠르게 흡수하는 것입니다. _33쪽

그런데 혹시 에어프라이어에 감자튀김을 잔뜩 집어넣고 튀겨본 적 있나요? 한 번에 많이 먹고 싶은 마음에 여러 겹으로 층층이 쌓아두고 온도를 높여 요리하면 바삭하기는커녕 눅눅하게 조리되기 십상입니다. _40쪽

또한 배터리를 떨어뜨리거나 갑작스러운 큰 외부 충격을 받을 경우 양극과 음극의 물리적 접촉을 방지하는 분리막에 손상이 생길 수 있는데, 이때 양극과 음극의 전위차가 급격히 작아지면서 전류가 흐르게 됩니다. 이렇게 되면 열이 발생하여 내부 온도가 높아지면서 휘발성인 리튬염 전해액이 분해되어 수소, 이산화탄소, 메탄가스 등이 발생됩니다. _50쪽

하지만 무작정 촘촘한 조직으로 마스크를 만들 순 없습니다. 마스크가 촘촘할수록 호흡하기에는 부담스러워지니까요. 호흡에 큰 무리가 없도록 하는 것도 걸러내는 기능만큼이나 중요합니다. _61쪽

오래전에 나온 과학책에서는 혀의 구간별로 맛을 느끼는 구간이 각각 다르다고 설명했죠. 하지만 요즘은 혀 전체에서 맛을 느끼되 다만 특정 부분에서 좀 더 민감하게 맛을 느낀다고 나와 있습니다. _72쪽

이는 발효가 재료 안의 단백질을 분해시켜 유리글루탐산 형태를 많이 만들어 수용체에서 결합할 수 있게 만들어주기 때문입니다. 유리글루탐산이 많이 만들어질수록 깊고 풍부한 맛, 즉 감칠맛이 더해지는 셈이죠. _81쪽

예컨대 만약 우리가 찜질방이나 사우나에 들어가서 급작 스런 고온 상황에 노출될 경우 이에 당황한 우리 몸은 항상성을 유 지하기 위해 몸에서 생기는 열의 발생을 줄이고 또한 발생한 열을 신속하게 내보내며 열의 발산을 증가시켜서 체온을 유지하려고 하죠. _87쪽

커피에도 카페인이 있고, 녹차에도 카페인이 들어 있습니다. 그럼에도 커피의 카페인에 대해서는 다양한 경고와 주의의 권고가 따르는 것에 비해 녹차에 대해서는 별로 그런 이야기를 들어본 적이 없을 것입니다. 대체 커피와 녹차의 카페인 반응 이 어떻게 다르기에 이런 상반된 반응을 보이는 것일까요? _96쪽

이 세상의 모든 물질은 식품이기도 하지만, 깊이 파고 들어가면 결국 여러 가지 원소로 이루어진 화합물인 셈이죠. 그리고 우리 몸 은 그것을 음식물의 형태로 섭취함으로써 매일매일 끊임없이 화학 반응이 일어나는 개체입니다. _101쪽

그것은 우리 몸속에서 메탄올과 에탄 올이 변환되는 메커니즘이 서로 다르기 때문입니다. _116쪽

그런데 이 탄소가 3개의 탄소와 공유결합을 하면 결합에 참여하지 않은 상태의 전자가 하나 남습니다. 바로 이 결합에 참여하지 않은 전자 때문에 흑연에 전기가 통하는 것입니다. _120쪽
하지만 좋은 향기를 위해 지구가 치르는 대가는 너무나 혹독합니다. 미세플라스틱으로 인한 환경오염 문제는 이제 더 이상 간과할 수 없는 심각한 수준에 이르렀으니까요. _138쪽

이제 미세먼지는 가히 핵무기 못지않게 우리에게 크나큰 위협요인이 되고 있습니다. 무엇보다 미세먼지는 우리가 일상생활에서 알게 모르게 지속적으로 흡입하고 있는 점에 서 큰 우려가 아닐 수 없습니다. _145쪽

좀 더 섬뜩한 이야기를 해볼까요? 우리나라 국민의 혈중 PFOA를 검출하였더니 연령이 높을수록 PFOA 농도 또한 높게 나타났다고 합니다. 이러한 사실을 통해 이 물질이 우리 몸에 들어오면 잘 배출되지 않고 계속 축적되는 것을 알 수 있습니다 . _164쪽

액체괴물, 즉 슬라임은 길고 탄력 있는 분자의 사슬로 이루어진 일종의 고분자화합물입니다. 만지면 쫀득쫀득한 탄성은 바로 고분자물질이기 때문이죠. 액체괴물 말고도 탄성을 가진 것들은 보통 고분 자물질이 많습니다. _184쪽

하지만 흡습성을 지닌 레이온섬유의 경우에는 수분을 잘 흡수할 뿐만 아니라 흡수한 물분자를 밖으로 내보내지 않고 섬유 안에 머물게 만들었다가 다시 응축시켜 열을 발생시키기 때문에 따뜻하게 느껴지는 거죠. _196쪽

백열등은 별도의 외부 조정장치가 필요하지 않고 단순히 전류를 흘려주기만 하면 됩니다. 직류 전류와 교류 전류에서 모두 사용이 가능하며, 생산단가가 낮다는 장점이 있죠. _210쪽

다만 우리의 눈으로는 이곳에서 나오는 자외선을 볼 수 없습니다. 즉 자외선이 우리의 눈에 보이지 않기 때문에 형광물질을 발라 둔 것입니다. 형광등 안쪽에 칠한 형광물질에 빛이 흡수되어 가시광선 영역의 빛으로 전환되어 우리가 잘 알고 있는 형광등 불빛으로 발산되는 거죠. _214쪽

반도체는 쉽게 말해 원자가띠와 전도띠 사이의 에너지갭이 도체와 부도체의 사이 정도의 크기를 가지고 있어, 그 갭 이상의 에너지를 주면 전기가 통하기도 하고, 에너지갭보다 작은 에너지를 가하게 되면 전도띠로 이동할 자유전자가 없어 전기가 흐르지 않는 물질입니다. _225쪽

블록체인은 참가자 모두의 거래내역 등의 데이터를 서로 분산, 저장함으로써 불순한 세력이나 사람들에 의해 데이터가 조작되는 것을 원천적으로 막아줍니다. 바로 이러한 특징 때문에 블록체인은 현재의 금융체계에서 일어날 수 있는 다양한 문제들을 해결할 수 있는 핵심 기술로 떠올랐죠. _237쪽

과포화 상태의 공기에 응결핵이라는 것을 넣어주면 이를 중심으로 응결이 일어나 물방울들이 똘똘 뭉쳐지는데, 이렇게 응결핵의 역할을 하는 것이 인공강우의 핵심인 구름씨앗입니다. _251쪽