구멍에서 발견한 과학

김형자 지음

갤리온 2008년 08월 22일 출간 종이책 : 2007년 11월 30일 출간

작품소개

책소개

『시크릿 사이언스 시리즈』2권《구멍에서 발견한 과학》. 이 시리즈는 친숙하지만 그것에 관한 여러 물음에 쉽게 답하기 힘든 소재와 주제를 다루는 교양과학 시리즈다.

2권 《구멍에서 발견한 과학》에서는 몸에 난 구멍과 자연현상으로 인해 생긴 구멍 등어디에서나 존재하는 구멍과 그 안에 존재하는 과학적 원리에 대하여 설명한다. 건빵의 구멍이 두개인 이유, 달의 크레이터 구멍 등을 통해 과학이야기를 흥미롭게 풀어낸다.

목차

1. 도대체 왜 뚫려 있는 거니?
건빵 - 꼭 두 개의 구멍이어야만 하는 특별한 사연
방패연 - 왜 너만 구멍이 뚫려 있니?
칼 - 구멍 뚫린 부엌칼이 잘 팔리는 이유
시루 - 떡시루 구멍과 콩나물시루 구멍은 정반대?
목탁과 소라 - 함께 울고 함께 진동하는 맑은 소리
대포 - 엄청난 폭발력을 견디는 아주 작은 구멍
저금통 - 돼지 꼬리 구멍의 정체
화분 - 작은 구멍이 생명을 위협한다
연탄구멍 - 아궁이에서 피어나는 연소의 과학
가스레인지 - 파란불과 빨간불을 결정하는 불구멍
토큰과 엽전 - 같은 구멍이지만 사연은 다르다
목욕탕 의자 - 얕잡아 보면 큰 코 다친다
삼각자 - 동그란 구멍을 좋아하게 된 비밀
파리채 - 파리 잡는 확률을 높이는 몇 가지 방법
양말 - 구멍 뚫린 양말의 구멍 뚫은 양말의 대결
모기장 - 1센티미터에 18개의 줄
단추 - 왜 남성복과 여성복이 위치가 다른 걸까?
도트프린터 - 영수증 가장자리의 구멍은 왜 뚫려 있을까?

2. 집안에 뚫려 있는 기발한 구멍들
수도꼭지 - 수돗물은 왜 밑으로 내려올수록 가늘어질까?
굴뚝 - 집 안을 시원하게 해주는 냉방용 굴뚝
샤워꼭지 - 화장실의 물리학
환기구 - 우리 집 헬스매니저
문틈 - 무조건 막아라! 바늘구멍이 황소바람이다!
하수구 - 수질오염이 시작되는 첫 관문
아궁이 - 부뚜막엔 고양이가 아니라 고래가 산다
벽난로 - 사골집 아궁이에서 서양식 거실 문화로 변신
열쇠구멍 - 열쇠가 자물쇠를 여는 원리

3. 현대 문명 속 구멍들을 찾아라
극장 - 세상 모든 극장에는 구멍이 뚫려 있다
비행기 - 왜 비행기 창문에는 성에가 끼지 않는 걸까?
사진기 - 낙타를 바늘구멍으로 통과시키다
맨홀 - 원형으로 표시된 도시의 경락
터널 - 왜 네모난 터널은 없는 걸까?
정수기 - 깨끗한 물을 만들어내는 반투막
컴퓨터 - 세계 최초의 컴퓨터, 에니악은 구멍에서 시작되었다
자동차 - 휠로 훨훨 날아가는 열
제올라이트 - 끓는 돌이 이렇게 요긴한 거야?
라이터 - 부싯돌과 가스 노즐이 불구멍에 불을 붙인다
전화기 - 수화기 구멍 속 소리의 과학
펀치 - 구멍 뚫는 기계 속엔 아르키메데스가 산다
디스켓 - 추억 속으로 사라진 구멍

4. 오, 위대한 구멍이여! 신기한 과학이여!
주전자 뚜껑 - 사소하지만 위대한 구멍
도넛 - 세상 모든 도넛은 왜 똑같은 링 모양일까?
피리 - 과학을 노래하는 아주 오래된 구멍
설탕봉지 - 적도를 항해하는 선원의 위대한 발견
막대사탕 - 참 조그만 구멍이 참 신통하기도 하지
빨대 - 빨대 장난은 장난이 아니다
옹기 - 싱싱하게 살아 숨 쉬는 자연 담은 그릇
김칫독 - 구덩이에서 꺼낸 발효 과학
바늘구멍 - 식인종의 창에서 유래한 재봉틀의 바늘구멍
우표 - 사무자동화의 시초가 된 가장자리의 구멍들
신발끈 구멍 - 나비매듭이 건강에 좋다
체 - 구멍의 기본 역할에 가장 충실한 도구

5. 우리 몸의 구멍들, 이유가 있다니까!
똥구멍 - 괄약근의 맹활약
콧구멍 - 코는 한 개인데, 콧구멍은 왜 두 개일까?
땀샘 - 늘어진 개 팔자는 절대 상팔자가 아니다
눈 - 우리의 눈 속엔 자동카메라가 있다
귀 - 작은 귓구멍 속 복잡한 소리의 세계
입 - 여자가 남자보다 쓴맛에 민감하다?
충치 - 치아에 구멍을 뚫는 범인은 누구?
목구멍 - 음식물이 기도로 들어가지 않는 이유
후두 - 왜 여자는 남자보다 변성기가 심하지 않을 걸까?
배꼽 - 탯줄의 신비를 간직하고 있는 막혀 있는 구멍
모공 - 얼굴에만 2만 개가 넘는다
자궁 - 아기주머니에서 일어나는 놀라운 일들
골다공증 - 여자들이 골다공증에 더 잘 걸리는 이유
오줌구멍 - 소변의 원료는 혈액
임플란트 - 잇몸에 목숨이 달려 있는 곳
펀도의 흠 - 입 냄새가 심하다면?

6. 자연의 세계보다 흥미로운 구멍의 세계
블로홀 - 자연과 세월이 빚은 천연 분수대
동굴 - 환상의 세계로 안내하는 비밀 구멍
크레이터 - 누가 달을 곰보로 만들었을까?
돌담 - 구멍 숭숭 제주 돌담의 지혜
현무암 - 벌레 먹은 돌
운석구멍 - 소행성과 지구의 충돌
블랙홀 - 어떤 벌이 블랙홀로 변하는 것일까?
화이트홀 - 물리법칙을 무시하는 특이점의 세계
웜홀 - 시간여행의 열쇠
오존구멍 - 범인을 찾아라
점토 - 열과 물과 소리를 잡는 점토 구멍
숯 - 오랜 지혜가 담긴 천혜의 나노물질
산굼부리 - 지구의 역사를 간직하고 있는 산에 생긴 구멍

7. 구멍만큼 사연도 많은 생명체들
조개 - 세상에서 가장 처절한 죽음의 구멍
돌속살이조개 - 기구한 사연의 바다의 조각가를 아시나요?
유공충 - 과거의 기후를 밝히는 결정적 단서
딱따구리 - 시속 2,000킬로미터의 속도로 구멍을 뚫다
벌집구멍 - 최소한의 재료로 최대 공간을 활용하는 정육각형
개미구멍 - 개미는 가장 실용적인 건축가
카멜레온 -

책 속으로

왜 건빵 구멍은 두 개일까?
건빵은 밀가루에 이스트, 소금, 설탕 등을 섞어 발효시킨 다음 구워낸 과자이다. 빵을 부풀리는 데 사용하는 이스트는, 밀가루 반죽 속에 들어 있는 당을 먹고 대사산물로 알코올과 탄산가스를 발생시킨다. 이 과정을 발효라고 하는데, 이때 발생한 탄산가스가 반죽을 팽창시킨다. 빵 굽기를 시작해 처음 10-15분 동안은 주변 온도가 올라가면서 수증기압이 증가하여 반죽이 더욱 부푼다. 일반적으로 비스킷을 만들 때 기계에서 비스킷을 구우면 내부가 가열되어 수증기가 생긴다. 이때 수증기의 압력이 너무 높아지면 과자가 터져 버리기 때문에 모든 종류의 비스킷에는 구멍이 나 있다. 적당한 수의 구멍을 뚫어 수증기를 살살 빼내어 수증기의 압력을 낮추는 것이다. 건빵도 마찬가지 이유로 구멍이 두 개 뚫려 있다. 그런데 건빵은 왜 비스킷처럼 구멍 수가 많지 않고 항상 두 개의 구멍이 뚫려 있는 것일까?
그것은 적당한 두께를 유지하기 위해서다. 건빵에 구멍을 많이 뚫으면 내부 압력이 모두 새어나와 부풀어 오르지 못하기 때문에 건빵이 비스킷처럼 납작해진다. 또 구멍이 하나밖에 없으면 배가 더 볼록한 빵이 되어 버린다. 납작 빵도 아니고 볼록 빵도 아닌 건빵 모양을 내기 위해서는 구멍 두 개가 필요하다. 그러니까 구멍의 수는 비스킷의 두께와 밀접한 관계가 있는 것이다.
보너스! 군대용 건빵에는 꼭 별사탕이 함께 들어 있다. 그 이유는 수분이 거의 없는 건빵을 보다 편하게 먹기 위해서다. 별사탕을 먹으면 고농도인 별사탕이 저농도인 침을 빨아들여, 침이 많이 고이게 된다. 이것을 삼투현상이라고 한다. 입 안에 당분이 들어가 침이 많이 생기면 수분이 없는 건빵을 먹기가 편하고 잘 삼킬 수 있다.

괄약근이 없다면, 똥구멍에서는 어떤 일이 벌어질까?
항문은 과학적 작용이 치밀한 곳이다. 항문에는 지각신경이 발달해 있어 방귀와 변을 정확하게 구별해 내보낸다. 대변의 배출에 신중을 기하기 위해 항문에는 내부와 외부의 괄약근이라는 2중 잠금장치가 되어 있다. 직장에 노폐물이 가득 쌓여 압력이 높아지면 직장벽의 신경계 신장수용기 센서가 항문 안쪽의 내괄약근을 자극, 문을 열고 변을 대기시킨다. 직장 안의 압력이 높아져야만 대변이 벽을 밀어 열고 항문관으로 들어갈 수 있다.
항문의 바깥쪽에 있는 외괄약근은 사람의 의지로 문을 여닫는 수의근으로 돼 있다. 변의를 느껴 내괄약근이 열린 상태에서 외괄약근이 버티는 시간은 3-5분 정도이다. 이 안에 배변이 이루어지지 않으면 배변하고 싶은 욕망이 사라져, 직장에 모여 있던 대개의 노폐물이 결장으로 되돌아가서 많은 수분을 빼앗긴다. 따라서 배변을 계속 늦추면 변비가 생기고 대변이 단단해진다. 대변을 통과시키거나 밖으로 나가지 못하게 억제시키는 괄약근이 약해지면 변이 자기도 모르게 나오는 변실금에 걸린다.

크레이터, 누가 달에 구멍을 뚫었는가?
구멍의 사전적 정의는 다음과 같다. 뚫어지거나 파낸 자리. 달의 크레이터 역시 구멍이다. 그렇다면 누가 달에 구멍을 뚫었을까?
달 표면에는 둥근 구멍이 숭숭 난 각양각색의 크레이터(분화구)들이 빽빽하게 밀집돼 있다. 바다와 육지를 막론하고 모든 지역에 널려 있다. 아주 작은 것에서부터 서울시가 수십 개나 들어갈 수 있는 크기의 크레이터들도 200여 개나 있다. 그러나 육지에 있는 것이 바다에 있는 것보다 훨씬 많아, 육지의 표면은 굴곡이 심하고 바다의 표면은 비교적 매끄럽다.
달의 크레이터는 주로 우주 공간에 떠돌아다니던 운석이 달의 인력에 끌려 달 표면으로 떨어져 충돌하여 생긴 것이다. 지구로 떨어지는 운석들은 대기권에 진입하면서 크기가 작은 것들은 모두 타서 없어지지만, 대기가 없는 달에는 소행성의 충돌 사고가 잦다. 그만큼 많은 운석들이 달 표면에 크레이터를 만들게 된다. 또한 화산 활동이 활발하던 시기, 달의 내부에 들어 있던 뜨거운 물질이 폭발한 뒤, 내부가 텅 비게 되자 윗부분이 아래로 가라앉아 크레이터가 만들어졌다. 이렇게 생성된 크레이터들은 원형의 구멍과 둘레의 높은 벽 등으로 되어 있어, 그 형태가 마치 지구의 화산 분화구와 비슷하여 그냥 화구라고도 한다.
달은 이러한 곰보자국을 성형하기도 힘들다. 달에서는 좀처럼 침식작용이 일어나지 않기 때문이다. 그래서 아주 작은 크레이터라도 한번 생겨나면 오랜 기간 동안 그 형태가 변하지 않는다. 하지만 크레이터가 생겨나고 없어지는 과정이 되풀이된다. 지금도 달 표면에는 가끔씩 운석이 날아와 충돌한다. 운석이 충돌하면 그 충격으로 새로운 크레이터가 생겨남과 동시에 예전의 것은 붕괴된다.

출판사 서평

왜 건빵 구멍은 두 개일까? 똥구멍 괄약근의 맹활약? 배꼽에서 블랙홀까지 과학자의 눈으로 들여다본 구멍 속 세상
도처에 존재하는 구멍들, 그리고 갖가지 상품들에 난 구멍들은 빛나는 아이디어였다. 우표의 절취용 점선, 주전자 구멍, 바늘귀, 도넛 구멍 등 비록 유래는 알기 쉽지 않지만, 이 구멍들은 모두 우리의 일상에 커다란 변화를 선사하며, 역사에 기록된 위대한 구멍들이다. 콧구멍, 귓구멍, 똥구멍, 땀구멍, 배꼽 등 우리 몸의 구멍들 모두 뚫려 있는 이유가 있었다. 구멍은 또한 자연의 세계를 들여다보는 만화경이었다. 자연과 세월이 빚은 블로홀, 달의 크레이터, 제주도의 현무암과 산굼부리, 블랙홀과 웜홀과 화이트홀, 그리고 돌속살이조개의 바위 구멍 집, 세상에서 가장 실용적인 건축물로 손꼽히는 벌집구멍과 개미구멍 등 구멍을 통해 자연의 세계를 여행한다. 도대체 왜 뚫려 있는지 몰랐던 구멍들 속엔 기막힌 사연과 과학이 숨어 있다.

작가정보

저자(글) 김형자

김형자
지은이는 이 책에서 쾌변보다 시원한 지적 즐거움을 선사한다. 그리고 똥이 일상생활과 자연 생태의 중심임을 증명해 보인다. 또한 똥을 매개로 다양한 동물의 세계와 우리 몸의 메커니즘, 건강을 위해 반드시 알아야 할 과학 이야기를 들려준다. 청소년 과학 잡지 의 편집장을 지냈으며, 오랫동안 출판사에서 에디터로 많은 대중 과학 교양서를 기획, 편집하였다. 저서로는 <지구의 비밀>, <한국을 빛낸 과학자들> 등이 있다. 현재 한국과학기술정보연구원, 한국산업기술재단 등의 기관에서 발행하는 저널에 기고하고 있으며, <주간조선>, <월간조선> 등의 매체에 과학칼럼을 연재하고 있다.