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화산은 왜 폭발할까? 화산이 폭발하면 산 하나가 날아가고 재가 수십 킬로미터 하늘로 치솟는다. 땅속 녹은 돌이 그렇게 격렬하게 터져 나오는 것은 마그마 속에 녹아 있던 물과 이산화탄소 같은 기체가 마그마가 지표 가까이 올라와 압력이 낮아지는 순간 한꺼번에 거품이 되어 부피가 수백 배로 불어나기 때문이다. 흔든 탄산음료 뚜껑을 열 때 거품이 솟구치는 것과 같은 일이 녹은 돌에서 벌어지는 것이다. 땅속 수십 킬로미터에서 암석이 녹으면 주변보다 가벼워져 위로 떠오른다. 이 마그마에는 땅속의 높은 압력 때문에 물과 가스가 녹아 있는데, 깊은 곳에서는 압력이 눌러 주어 얌전히 녹아 있는 상태다. 마그마는 지각 틈을 따라 올라오다 땅 아래 몇 킬로미터에 모여 마그마방을 이루고, 여기에 마그마가 계속 공급되면 압력이 쌓인다. 마그마가 위.. 더보기
물고기는 왜 물속에서 숨을 쉴 수 있을까? 사람은 물속에 몇 분만 있어도 숨이 막히는데 물고기는 평생 물속에서 숨을 쉰다. 물고기가 물속에서 숨 쉴 수 있는 것은 공기 대신 물에 녹아 있는 산소를 뽑아내는 아가미가 있기 때문이다. 물을 입으로 들이마셔 아가미 사이로 흘려보내면 아가미의 얇은 막을 통해 산소가 피로 들어오고 이산화탄소가 물로 빠져나간다. 폐가 공기에서 하는 일을 아가미가 물에서 하는 것이다. 물에는 산소가 녹아 있지만 양이 아주 적다. 공기 1리터에 든 산소가 200밀리리터가 넘는데 물 1리터에는 10밀리리터도 안 되고, 물은 공기보다 800배나 무거워 움직이는 데 힘이 많이 든다. 그래서 물고기는 적은 산소를 효율적으로 뽑아내야 하고, 아가미는 그 일에 맞게 표면적을 최대로 넓힌 구조다. 아가미 뚜껑을 열면 붉은 빗살 같은 것이 .. 더보기
엘리베이터를 타면 왜 몸이 무거워졌다 가벼워질까? 엘리베이터가 위로 출발하는 순간 몸이 바닥으로 눌리는 듯 무거워지고, 꼭대기 층에 다다라 멈출 때는 반대로 몸이 붕 뜨는 듯 가벼워진다. 체중이 변한 것은 아니고, 엘리베이터의 속도가 바뀌는 동안 몸이 원래 상태를 유지하려는 관성 때문에 바닥이 발을 미는 힘이 평소와 달라지는 것이다. 우리가 느끼는 무게는 체중 자체가 아니라 바닥이 나를 떠받치는 힘이다. 가만히 서 있을 때는 중력이 몸을 아래로 당기고 바닥이 똑같은 힘으로 받쳐 주어 균형이 맞는다. 그런데 엘리베이터가 위로 가속하면 바닥은 나를 중력에 맞서 받칠 뿐 아니라 위로 밀어 올리기까지 해야 하니 평소보다 더 센 힘으로 발을 민다. 이 더 센 힘을 몸은 무거워졌다고 느낀다. 저울 위에 서 있다면 바늘이 실제로 더 올라간다. 일정한 속도로 올라가는.. 더보기
사람은 왜 자기 몸을 간지럽힐 수 없을까? 남이 옆구리를 살짝만 건드려도 몸을 비틀며 웃게 되는데, 똑같은 자리를 내 손으로 간질이면 아무 느낌이 없다. 뇌는 내 몸이 움직일 때마다 그 결과로 어떤 감각이 올지 미리 계산해 두었다가 실제 감각에서 그만큼을 빼 버리는데, 스스로 간질일 때는 예상과 결과가 정확히 맞아 놀랄 것이 남지 않기 때문이다. 간지럼은 피부의 촉각이 갑작스럽고 예측할 수 없을 때 생기는 반응이다. 뇌 뒤쪽 아래에 있는 소뇌는 내가 손을 움직이려는 순간 그 움직임의 사본을 받아 어디에 어떤 감각이 생길지 예측하고, 몸의 감각 부위에 그 예측을 미리 알린다. 내 손이 옆구리에 닿을 때 감각은 예측과 똑같아서 뇌는 새로운 정보로 취급하지 않는다. 남이 간질일 때는 그 예측이 없다. 언제 어디를 어떤 힘으로 건드릴지 알 수 없으니 감.. 더보기
난방기구는 왜 바닥 가까이 두는 게 좋을까? 온풍기나 라디에이터를 방에 둘 때 높은 곳보다 바닥 가까이 두라고 한다. 데워진 공기는 가벼워져 위로 오르고 찬 공기는 아래로 내려오기 때문에, 열을 아래에서 내보내야 공기가 방 전체를 돌며 골고루 따뜻해지기 때문이다. 공기는 따뜻해지면 알갱이 사이가 벌어져 가벼워지고 차가워지면 무거워진다. 바닥 근처에서 데워진 공기는 천장으로 오르고, 천장에서 식은 공기는 벽을 따라 내려와 다시 바닥의 열원으로 돌아간다. 이렇게 공기가 저절로 순환하는 것을 대류라 하는데, 열원이 아래에 있어야 이 흐름이 생긴다. 온풍기의 바람은 이 순환을 더 빠르게 돕는 보조일 뿐이다. 반대로 난방기구를 높은 곳에 두면 데워진 공기가 천장 근처에만 머물러 위는 덥고 발은 시린 방이 된다. 천장형 에어컨의 난방이 유독 답답하고 발이 차.. 더보기
오이를 먹으면 왜 시원하게 느껴질까? 더운 날 오이를 한 입 베어 물면 냉장고에 넣지 않았는데도 입안이 서늘하다. 오이는 95퍼센트가 물이라 체온보다 낮은 온도를 오래 유지하는 데다, 씹으면 그 많은 물이 한꺼번에 퍼지며 입안의 열을 빼앗기 때문이다. 물은 열을 많이 머금는 성질이 있어서 온도가 잘 안 변한다. 오이는 속이 거의 물이라 실온에 두어도 안쪽은 주변 공기보다 몇 도 낮은 상태를 오래 지키고, 그래서 손에 쥐면 다른 채소보다 서늘하게 느껴진다. 실제로 오이 속 온도는 겉 공기보다 낮다는 실험 결과도 있어, 영어권에서 침착한 사람을 오이처럼 차갑다고 표현하는 말이 여기서 나왔다. 입에 넣고 씹으면 세포가 터지며 물이 쏟아져 혀와 입천장을 적신다. 그 물이 입안의 열을 흡수하고 일부는 증발하면서 열을 더 가져가니 시원한 느낌이 강해진.. 더보기
수박은 두드려 보면 왜 익은 걸 알 수 있을까? 수박을 고를 때 손바닥으로 통통 두드려 보는 사람이 많다. 잘 익은 수박은 속이 물과 당분으로 가득 차면서 조직이 성글어져 두드리면 낮고 울리는 소리가 나고, 덜 익은 것은 속이 촘촘하고 단단해 높고 딱딱한 소리가 나기 때문이다. 수박은 익어 가면서 속살의 세포가 커지고 물이 차오르며 조직 사이에 미세한 틈이 늘어난다. 이런 속은 북처럼 안이 비어 울리는 구조가 되어, 두드린 진동이 안에서 퍼지며 둔하고 깊은 소리로 되돌아온다. 반대로 덜 익은 수박은 속이 꽉 차고 단단해 진동이 짧게 튕겨 높고 맑은 소리가 난다. 너무 익어 속이 물러진 수박은 또 다르다. 조직이 무너져 진동을 흡수해 버리니 울림 없이 퍽 하고 둔탁하게 죽는 소리가 난다. 그래서 통통 울리되 너무 둔탁하지 않은 중간 소리를 찾는 것이 요.. 더보기
압력밥솥은 왜 밥이 더 빨리 될까? 같은 밥도 압력밥솥에 하면 일반 냄비보다 훨씬 빨리, 그리고 푹 익는다. 왜 압력밥솥은 밥이 더 빨리 되는지 궁금해진다. 안을 꽉 막아 압력을 높이면 물이 100도보다 더 뜨거워지기 때문이다. 더 뜨거운 물이 밥을 그만큼 빨리 익힌다. 보통 물은 100도에서 끓는다. 냄비에 물을 끓이면 100도쯤에서 끓기 시작하고, 아무리 더 가열해도 온도가 그 위로 잘 오르지 않는다. 끓는 물은 그 이상 안 뜨거워진다. 끓는 물은 넘치는 열을 김으로 계속 날려 보내서, 김이 빠지는 한 온도가 100도에 머문다. 압력밥솥은 김을 가둔다. 압력밥솥은 뚜껑을 꽉 잠가 김이 밖으로 못 나가게 해서, 안쪽에 김이 쌓이며 압력이 높아진다. 압력이 높으면 끓는점이 오른다. 눌리는 힘이 세지면 물이 더 높은 온도가 되어야 끓어서, .. 더보기

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