소소하지만 과학이야

찬 바람이 불기 시작하면 길거리에서 구수한 군고구마 냄새가 코를 찌릅니다. 한 입 베어 물면 설탕을 넣은 것도 아닌데 달콤하고 촉촉해요. 그런데 같은 고구마인데도 어떤 날은 푸석하고 싱거운 맛이 나고, 어떤 날은 꿀처럼 달기도 하죠. 고구마의 단맛은 대체 어디서 나오는 걸까요? 한 줄 정답: 고구마 속 효소가 익는 동안 전분(밥이나 감자에 많은 곡물 가루 성분)을 엿당(엿에서 느껴지는 단맛 성분)으로 바꾸기 때문이에요. 이 효소가 일할 시간을 충분히 주면 더 달아집니다. 고구마는 원래 달콤하지 않다? 캐낸 직후의 생고구마는 맛이 밋밋합니다. 고구마의 주성분은 단맛이 거의 없는 전분이거든요. 전분은 포도당이 길게 줄줄이 이어진 큰 덩어리인데, 혀는 이것을 단맛으로 느끼지 못합니다. 이 긴 사슬이 잘게 잘려야 비로소 단맛이 나요. 비유하자면 전분은 긴 기차 예요. 기차 전체로는 달지 않지만, 칸을 두 개씩 끊어 내면 단맛 나는 작은 조각이 됩니다. 이 기차를 끊어 주는 일꾼이 바로 고구마 속의 아밀라아제(전분을 잘게 자르는 효소) 예요. 효소는 몸 안에서 화학 반응을 도와주는 단백질 일꾼입니다. 그중 베타아밀라아제는 전분 사슬을 두 칸씩 끊어서 엿당을 만들어 내는 것으로 알려져 있어요. 열을 가하면 왜 달아질까? 생전분은 단단하게 뭉쳐 있어서 효소가 잘 달라붙지 못합니다. 그런데 열을 받으면 전분이 물을 머금고 부풀며 풀어지는데, 이를 호화(전분이 물과 열을 만나 말랑하게 풀어지는 현상) 라고 해요. 풀어진 전분은 효소가 훨씬 쉽게 일할 수 있는 상태가 됩니다. 하지만 고구마가 너무 뜨거워지면 효소도 힘을 잃습니다. 효소는 단백질이라서 일정 온도를 넘으면 구조가 망가져 일을 못 하게 돼요. 결국 효소가 열심히 일할 수 있는 적당히 따뜻한 온도 (대략 60℃ 안팎의 구간으로 소개되는 경우가 많고, 품종과 조건에 따라 달라요)에 고구마가 얼마나 오래 머무르느냐가 단맛을 좌우합니다. 천천히 익힐수록 달콤해지는 이유 급하게 센 불로 익...

찬 바람이 훅 불면 팔에 오돌토돌한 돌기가 쫙 올라옵니다. 그런데 신기하게도 추울 때만 그러는 게 아니에요. 무서운 이야기를 들을 때, 좋아하는 노래의 클라이맥스에서, 감동적인 장면을 볼 때도 닭살이 돋죠. 추위와 감동은 전혀 다른 일인데, 몸은 왜 똑같이 반응할까요? 한 줄 정답: 털뿌리에 붙은 아주 작은 근육이 순간적으로 당겨지면서 털이 서고 피부가 볼록 올라오는 것입니다. 이 근육은 우리가 마음대로 움직일 수 없고, 추위나 감정에 자동으로 반응해요. 소름의 정체: 털 밑의 작은 근육 우리 피부의 털은 하나하나 모낭(털이 자라나는 작은 주머니) 에 심어져 있습니다. 모낭 옆에는 입모근(털을 세우는 아주 작은 근육) 이 비스듬히 붙어 있어요. 이 근육이 수축하면 털이 곧게 일어서고, 근육이 피부를 안쪽으로 당기면서 털 주변이 작은 언덕처럼 볼록 솟습니다. 이 볼록한 돌기가 바로 소름이에요. 비유하자면, 텐트 기둥에 달린 줄을 확 당기면 천이 뾰족하게 올라오는 것과 같습니다. 털이 기둥이고 입모근이 당기는 줄이라고 생각하면 돼요. 닭 껍질처럼 오돌토돌해서 '닭살'이라는 이름이 붙었습니다. 이 근육은 누가 움직일까? 입모근은 팔다리 근육처럼 내 의지로 움직이지 않습니다. 교감신경(위험하거나 추울 때 몸을 긴장 상태로 만드는 자율신경) 의 신호를 받아 저절로 수축해요. 그래서 "닭살 돋아라" 하고 힘을 줘도 잘 되지 않고, 반대로 돋지 말라고 해도 막을 수 없습니다. 추울 때와 감동할 때, 왜 똑같이 나타날까? 추울 때: 체온을 지키려는 반응 털이 많은 동물에게 소름은 꽤 쓸모가 있습니다. 털이 서면 털 사이에 따뜻한 공기층이 두꺼워져 체온이 덜 빠져나가요. 겨울에 털을 부풀린 강아지나 새가 통통해 보이는 것도 이 때문입니다. 반면 사람은 몸에 털이 가늘고 적어서 이 효과가 크지 않아요. 그래서 소름은 먼 조상에게서 이어진 흔적이라는 설명이 널리 알려져 있습니다. 무섭거나 놀랄 때: 위기 대응 신...

첫눈이 내리는 밤, 창밖을 보면 눈은 펑펑 쏟아지는데 세상은 이상하리만큼 조용합니다. 평소 들리던 자동차 소리, 멀리서 오는 소음이 어느새 먹먹해져 있죠. 눈이 내리면 귀에 솜을 댄 것처럼 고요해지는 건 분위기 때문일까요, 아니면 진짜 이유가 있을까요? 한 줄 정답: 갓 내린 눈은 공기를 가득 품은 푹신한 구조 라서 소리를 반사하지 않고 안쪽으로 빨아들입니다. 소리가 흡수되니 주변이 조용하게 느껴져요. 눈은 사실 '얼음 알갱이 + 공기' 눈송이는 눈에 보이지 않을 만큼 작은 얼음 결정(얼음이 규칙적으로 모여 만들어진 알갱이)이 뭉친 것입니다. 이 결정들은 서로 엉성하게 붙어 있어서 사이사이에 빈 공간이 아주 많아요. 갓 내린 눈이 쌓이면 그 안의 대부분은 얼음이 아니라 공기 입니다. 눈을 뭉치면 작게 줄어드는 것도 속의 공기가 빠지기 때문이에요. 비유하자면 눈은 솜이불이나 스펀지 와 같습니다. 겉보기엔 하얀 덩어리지만 속은 수많은 작은 구멍으로 가득 찬 구조죠. 소리가 눈 속에서 사라지는 과정 소리는 공기의 떨림이다 소리는 공기가 떨리면서 전달되는 파동입니다. 맨땅이나 콘크리트, 유리처럼 딱딱한 면에 부딪히면 소리는 튕겨 나와요. 이것이 메아리나 울림이죠. 그래서 텅 빈 욕실이나 체육관에서는 말소리가 크게 울립니다. 푹신한 눈은 소리를 가둔다 그런데 눈처럼 구멍이 많은 표면에 소리가 닿으면, 떨리는 공기가 좁고 구불구불한 틈 속으로 들어갑니다. 틈 속을 지나면서 공기가 얼음 결정 표면과 부딪히고 마찰하며 소리 에너지의 일부가 아주 작은 열로 바뀌어요. 이렇게 소리가 되돌아 나오지 못하고 줄어드는 것을 흡수 라고 합니다. 방음재나 흡음재로 쓰는 스펀지, 계란판 같은 재료가 같은 원리로 소리를 줄여요. 눈이 쌓인 땅이 도시의 소리를 줄이는 이유가 여기 있습니다. 도로, 건물, 땅바닥이 평소에는 소리를 이리저리 튕겨 멀리 퍼뜨리는데, 눈이 덮이면 그 반사가 줄어들어 소리가 멀리 가지 못하는 거예요. 소리가 조용한 ...

찬 바람이 부는 날, 주머니 속 핫팩을 꺼내 쥐면 손끝이 사르르 녹습니다. 그런데 이상하죠. 배터리도 없고 전기도 안 꽂았는데, 포장을 뜯어 흔들기만 했는데 어떻게 몇 시간씩 따뜻할 수 있을까요? 한 줄 정답: 핫팩 속 철가루가 공기 중 산소와 만나 아주 빠르게 녹스는 반응 을 하고, 이때 나오는 열이 우리 손을 데워 줍니다. 핫팩 속에는 뭐가 들어 있을까? 일회용 핫팩을 뜯어 보면 검은 가루가 들어 있는데, 주성분은 다음과 같습니다. 철가루: 열을 내는 주인공이에요. 물과 소금: 반응을 빠르게 도와주는 역할을 합니다. 활성탄(숯처럼 아주 작은 구멍이 많은 물질): 공기와 물기를 머금어 반응이 고르게 일어나게 해요. 질석 같은 보온 재료: 열이 한꺼번에 빠져나가지 않도록 붙잡아 줍니다. 제품마다 배합은 조금씩 다르지만, 핵심은 철가루입니다. 철이 녹스는 게 열을 낸다고? 철로 만든 자전거나 못이 오래되면 붉게 녹이 슬죠. 녹은 철이 공기 속 산소 와 물을 만나 천천히 변하는 현상입니다. 이런 반응을 산화(물질이 산소와 결합하는 반응) 라고 해요. 산화가 일어날 때는 열이 나옵니다. 다만 쇠못은 몇 년에 걸쳐 아주 천천히 녹슬기 때문에 열이 나도 느끼지 못해요. 핫팩은 이 과정을 엄청나게 빠르게 만든 장치입니다. 비유하자면 장작을 통째로 태우면 오래 천천히 타지만, 가늘게 쪼갠 불쏘시개는 순식간에 타오르는 것과 비슷해요. 철을 가루로 곱게 만들면 산소와 닿는 면적이 어마어마하게 넓어져서 반응이 빨라지고, 열이 한꺼번에 나옵니다. 여기에 소금과 물이 반응 속도를 더 높여 줍니다. 포장을 뜯어서 흔들어야 하는 이유 핫팩은 바깥 비닐 포장이 산소를 막고 있습니다. 포장을 뜯는 순간부터 공기가 들어가기 시작하고, 속 주머니의 작은 구멍을 통해 산소가 철가루에 닿으면서 반응이 시작돼요. 그래서 포장을 뜯기 전에는 따뜻하지 않아요. 흔들어 주면 가루가 뭉치지 않고 고르게 섞여서 산소와 더 잘 닿습니다. 다만 흔드는...

추운 겨울 아침, 일어나 보면 창문이 뿌옇게 흐려져 있습니다. 손가락으로 "안녕"이라고 쓰면 글자가 그대로 남죠. 그런데 한여름에는 에어컨을 켠 방의 창문이 바깥쪽부터 뿌옇게 변하기도 해요. 같은 김서림인데 어떤 때는 안쪽, 어떤 때는 바깥쪽에 생기는 이유는 뭘까요? 한 줄 정답: 김서림은 따뜻하고 촉촉한 공기가 차가운 유리를 만나 작은 물방울이 된 것 입니다. 그래서 따뜻하고 습한 공기가 닿는 쪽 면에 생겨요. 김서림의 정체: 유리에 맺힌 작은 물방울 공기 속에는 눈에 보이지 않는 수증기(물이 기체가 된 것)가 들어 있습니다. 그런데 공기가 품을 수 있는 수증기의 양은 정해져 있고, 따뜻한 공기는 많이, 차가운 공기는 조금 만 품을 수 있어요. 공기를 수증기를 담는 가방에 비유하면, 따뜻하면 가방이 커지고 차가우면 쪼그라드는 셈입니다. 따뜻하고 촉촉한 공기가 차가운 유리에 닿으면 유리 바로 옆의 공기가 식으면서 가방이 작아집니다. 담지 못하게 된 수증기는 유리 표면에서 물방울로 바뀌어요. 이 현상을 결로(이슬이 맺히는 현상) 라고 합니다. 이 물방울은 매우 작고 수가 많아서 빛을 사방으로 흩뜨리고, 그래서 유리가 뿌옇게 보입니다. 큰 물방울이 아니라 아주 작은 알갱이들이 모여 있기 때문에 투명하지 않은 거예요. 입김이 하얗게 보이는 것과 원리가 같습니다. 입김은 공기 중에 떠 있는 물방울이고, 김서림은 유리 표면에 붙은 물방울이라는 점만 달라요. 겨울에는 안쪽, 여름에는 바깥쪽인 이유 핵심은 "유리의 어느 쪽 공기가 더 따뜻하고 습한가" 입니다. 겨울: 방 안쪽에 김이 서린다 바깥은 춥고 건조하지만, 방 안은 따뜻하고 사람 숨, 요리, 빨래, 샤워 등으로 습기가 많습니다. 바깥 공기에 가까운 유리는 차가워져 있어서, 실내의 따뜻하고 습한 공기가 닿으면 안쪽 면에 물방울이 맺혀요. 여름: 에어컨 켠 방은 바깥쪽에 김이 서린다 에어컨을 켜면 방 안의 유리가 시원해집니다. 이때 바깥의 덥고 ...

가을 산이 노랗고 빨갛게 물드는 걸 보면 "누가 나뭇잎에 물감을 칠했나?" 싶죠. 그런데 같은 나무인데 은행잎은 노랗고, 단풍나무 잎은 빨갛고, 어떤 잎은 갈색으로 시들기도 합니다. 나뭇잎은 가을이 되면 어떻게 색을 바꾸는 걸까요? 한 줄 정답: 노란색은 여름 내내 잎 속에 숨어 있다가 초록이 사라지면서 드러나는 색이고, 빨간색은 가을에 잎이 새로 만들어 내는 색소 때문입니다. 여름에 잎이 초록색인 이유 잎이 초록색인 건 엽록소(잎 속에서 햇빛을 받아 양분을 만드는 초록 색소) 덕분입니다. 엽록소는 빛을 받아 영양분을 만드는 '태양광 발전기' 같은 역할을 해요. 여름에는 엽록소가 아주 많아서, 잎 속에 다른 색소가 있어도 초록에 가려 보이지 않습니다. 노란 단풍: 숨어 있던 색이 나타난다 가을이 되어 낮이 짧아지고 기온이 내려가면, 나무는 겨울 준비를 시작합니다. 잎에서 양분 만들기를 멈추고 엽록소를 분해해서 줄기와 뿌리로 아끼며 옮겨 가요. 초록이 점점 옅어지면 그동안 가려져 있던 카로티노이드(당근이나 호박의 주황·노랑을 내는 색소) 가 드러납니다. 비유하자면 초록색 도화지 아래에 노란 그림이 숨어 있었는데, 초록 도화지를 걷어내자 그림이 나타나는 거예요. 은행나무나 자작나무 잎이 노랗게 변하는 것이 대표적인 예입니다. 노란색은 새로 만든 게 아니라 원래 있던 색이에요. 빨간 단풍: 가을에 새로 만든 색 빨간 단풍은 사정이 다릅니다. 단풍나무 같은 나무는 가을에 잎 속에서 안토시아닌 이라는 붉은 색소를 새로 만들어요. 안토시아닌은 블루베리나 적양배추의 보라·붉은색을 내는 색소와 같은 종류입니다. 이 색소는 잎에 남은 당분(설탕 같은 양분)으로 만들어집니다. 그래서 날씨가 중요해요. 맑은 낮: 햇빛을 받아 양분(당분)이 충분히 만들어집니다. 쌀쌀한 밤: 기온이 내려가면 잎에서 줄기로 가는 길이 좁아져서, 당분이 잎에 갇혀 쌓입니다. 낮에는 맑고 밤에는 서늘하되 얼지는 않는 날씨...