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[창의력 키우기] 과학창의력

■ 초등

쉽게 풍선 부는 방법

수경이의 반 친구들은 풍선으로 교실을 예쁘게 꾸며 종구의 생일을 축하해 주기로 했습니다. 하지만 생각보다 어려운 일이었는지 풍선을 몇 개 불지도 못했는데 다들 힘이 들어 숨이 턱까지 차올랐습니다. 그래서 수경이는 친구들에게 힘들이지 않고 풍선을 불 수 있는 방법을 찾아보자고 제안했습니다. 공기 펌프가 있으면 좋았겠지만 구하러 갈 시간이 없었으므로 오로지 학교에 있는 것들을 이용해야만 했습니다. 여러분의 지혜로 수경이와 친구들을 도와주세요.

<문제>

학교에서 쉽게 구할 수 있는 도구를 사용해 풍선을 쉽게 불 방법을 찾아서 적어봅시다. 다양한 범주에서 과학적인 방법으로, 남들이 생각하지 못한 답안을 만들어 보세요.

<해설>

이 문제는 풍선에 입을 대지 않고 기체를 넣을 수 있는 다양한 방법을 생각해 내는 것이 중요합니다. 우선 다양한 범주의 방법들에는 무엇이 있을지 생각해 봅니다. 크게 범주를 나누어 확인해 보면 기체를 발생시키는 방법, 기체를 이동시킨 후 모아서 사용하는 방법, 압력의 변화를 이용해 기체의 부피를 변화시키는 방법 등이 있을 것입니다. 그 다음 각 범주에 해당하는 구체적인 방법을 떠올려 봅니다. 우선 기체를 발생시키는 방법에서는 화학 반응을 이용해 기체를 발생시키는 구체적인 방법을 생각해 볼 수 있습니다. 예를 들어 식초와 탄산수소나트륨의 반응으로 이산화탄소를 발생시켜 풍선에 기체를 넣는 방법 등이 좋은 예가 될 것입니다. 두 번째 방법은 기체를 모아서 사용하는 방법인데 빨대, 플라스틱 관 등 다양한 종류의 관을 이용해서 기체를 모으는 방법도 좋습니다. 에어컨과 선풍기와 같은 가전제품이나 기구에 바람을 모을 수 있는 장치를 풍선 입구에 연결하는 방법 등도 생각할 수 있겠네요. 마지막으로 압력의 변화를 이용해 기체의 부피를 변화시키는 방법이 있는데요. 풍선에 약간의 공기를 넣은 후, 진공 펌프에 넣어 부풀리는 방법 등도 생각해 볼 수 있습니다. 이와 같이 다양한 범주에서 많은 생각을 적어 주었다면 좋은 답안이라고 할 수 있습니다.

■ 중등

건축물 기둥 변천사

고대의 건축물들을 보면 유난히 기둥이 많은 것을 볼 수 있습니다. 특히 고대 그리스의 신전 같은 경우 일렬로 늘어선 기둥들을 보면 압도감을 느끼기도 합니다. 하지만 내부로 들어가보면 실제 공간보다는 기둥이 차지하는 공간이 너무 많다는 생각도 듭니다. 시대가 조금 더 흐르면서 건축물이 발전하게 되면 로마시대에 이르러 아치가 생겨나게 됩니다. 아치를 이용한 구조물로는 유명한 로마의 수도교(물을 길어오기 위한 수로)가 있습니다. 이후 나타난 돔형 건축물에 이르게 되면 공간은 더욱 넓어지고 기둥의 수는 줄어드는 것을 확인할 수 있습니다.

<문제>

건축물은 시대에 따라 왜 이런 변화를 나타내는 것일까요?

<해설>

기둥이 있는 이유는 수직으로 향하는 건물의 하중(무게)을 지면으로 전달해서 건축물이 무너지지 않게 하는 데 있습니다. 고대 그리스 신전의 경우 건물의 무게는 수직으로 전달되게 됩니다. 결과적으로 각각의 기둥이 가까이 붙지 않으면 건물 전체의 무게를 지탱할 수 없었습니다. 인류가 발명한 여러 건축 기술 가운데 아치는 매우 획기적인 장치였습니다. 아치는 위에서 내리 누르는 무게를 분산시키는 기술로 각각의 기둥에 주변의 무게를 모아서 전달해 줍니다. 이는 여러 힘을 분산시키고 다시 모아진 힘을 하나의 기둥이 지탱해주는 방법으로 힘의 분리와 관계가 깊습니다. 반원형 아치를 모아서 주변을 구형으로 만들면 돔형 지붕이 완성됩니다. 돔은 매우 안정적인 구조로 내부에 기둥이 없이 넓은 공간을 얻을 수 있습니다. 로마 시대 이후로 돔형 지붕의 건축 기술은 페르시아 등의 서아시아로 넘어가 이슬람 사원의 특징을 이룹니다. 돔형 구조는 식물원이나 실내 경기장 등에서도 널리 쓰이고 있습니다. 유럽에서는 이후 반원을 기준으로 한 아치에서 타원형을 기준으로 하여 더욱 높고 튼튼한 기둥을 세울 수 있게 되었습니다. 현대에는 힘의 합력에 기초한 과거의 건축 기술과 함께 컴퓨터를 이용한 설계 방법과 강한 힘에 버틸 수 있는 가벼운 신소재의 발달에 힘입어 과거에는 생각하지 못했던 새로운 건축물을 만들어내고 있습니다.

/ 입력시간: 2008. 07.01. 15:12