신과수연구회10월워크숍6-백종희(천연 항균작용)&이정은(기압차를 이용한 청소기)

 

백종희 수석님은 생물과학과 관련하여 전문적 실험을 많이 해보시는 분이시다.

올해 명퇴희망서를 제출하셔서 내년부터는 자유로운 몸이 되실 예정이시다.

내년에는 실험도구를 값싸게 제작하여 학교 현장에서 학생들을 지도하는 일을 하고 싶다고 피력하셨다.

개인적으로 생물 실험에 그리 흥미를 느끼지 않으나 전에 학생들을 지도하다보면 박테리아가 번식을 잘 하는 환경, 또는 박테리아 번식을 막는 환경을 탐구하는데 흥미를 느끼는 학생이 많기에 알아두면 좋을 듯 하다.

실험도구를 엄청 많이 준비해오셔서 사실 오늘 많은 실험을 하는가 기대를 하였는데 오늘은 주로 실험도구를 설명하시고 이를 이용하는 방법에 대해서만 설명하셨다.

 

   박테리아 관련 실험은 생명과학과 관련하여 학생들이 많이 해보고 싶어하는 실험중의 하나이나 시판되고 있는 배지가 비싸고 학교의 실험 장비가 불충분하고 실험 방법과 뒤처리 문제가 까다로워서 기피하기 쉬운 실험이다.

이러한 문제를 해결할 수 있도록 비싼 배지는 저렴한 비용으로 간단히 직접 만들어서 금전적인 문제를 해결하는 방법과 비싼 실험장비와 까다로운 방법을 비교적 저렴한 도구로 대체하여 간단히 실험해 볼 수 있는 방법에 대해 이야기하셨다.

개인적으로는 간단한 실험이라도 했으면 했는데 아쉬웠다.

 

간단한 피펫 만들기는 아이디어이다.

 

 

마지막 발표는 임미자 수석님의 기압 차를 이용한 청소기 만들기였다.

그런데 임미자 수석님이 남편이 아프셔서 도저히 올 수가 없는 상황이 되어 같은 학교의 이정은 선생님께서 대신 발표해주셨다. 이때 내가 주변 정리를 하느라 사진을 별로 찍지를 못했다. 신규2년차이신 이 선생님의 발표를 제대로 보지 못한 아쉬움이 남는다.

 

1. 기압차를 이용한 청소기 만들기

                                        이정은(신현중)

 

키트를 이용한 것으로 값도 비싸지 않으므로 만들고 그 원리를 배우는 시간을 가지면 좋을 듯 하다.

 

2. 빌딩풍

 

빌딩풍은 고층빌딩 사이에 일어나는 풍해(風害)이다. 지상 150미터 이상의 빌딩이 건립되면 상공에서는 바람이 일정 방향으로 불어도 아래쪽에서는 바람이 빌딩의 주위에서 소용돌이치고 급강하하거나 풍속이 2배 이상으로 빨라지기도 하며 때로는 무풍 상태가 되기도 한다. 또 연기나 배기가스가 소용돌이 현상으로 지상에 흘러서 국지적인 대기오염이 발생하여 고층빌딩이 밀집한 대도시에서 새로운 도시공해를 만들기도 한다.

 

태풍이 올 때마다 해운대 일대 고층빌딩의 유리파손 사고가 이어지면서 빌딩풍이 ‘신종재난’으로 떠오르고 있는 부산에서 2020년 9월 제10호 태풍 하이선이 강타했을 때 해안가 고층 건물 주변에 바람이 더 강하게 부는 '빌딩풍 현상'이 실험으로 확인됐다.

해운대 빌딩풍 대응기술개발 연구단장으로 활동하고 있는 부산대학교 권순철 교수팀은 2020년 9월 7일 0시부터 12시간 동안 해운대 해안가 고층 건물 주변의 풍속을 측정했다고 한다. 측정은 101층 건물 1개 동과 80층짜리 건물 2개 동으로 이뤄진 해운대 해수욕장 앞 엘시티 주변 12개 지점과 80층짜리 아파트가 밀집해있는 마린시티 일대 24개 지점에서 진행됐는데 해상에서 10분 단위로 측정된 풍속 중 최대 풍속은 초속 23ｍ로 나왔지만, 마린시티 24곳의 평균 10분 단위 풍속 중 최대는 초속 30ｍ로 훨씬 강했다고 한다. 순간 최대 초속은 마린시티 일대에서 최대 초속 50ｍ까지 기록됐으며 엘시티의 경우 태풍이 절정인 시간대는 바람이 너무 심해 사람이 나가서 측정할 수 있는 환경이 아니어서 아예 측정조차 할 수 없었다고 한다. 이처럼 태풍피해가 엘시티, 마린시티, 달맞이 고개 일대 고층빌딩에 집중된 것은 ‘벤츄리(Venturi) 효과’ 때문이다.

[벤츄리 효과(Venturi effect)]

파이프 내에서 보다 직경이 작은 좁은 부분을 지날 때, 유체의 압력이 상대적으로 감소하는 현상이다.

벤츄리 효과라는 명칭은 이탈리아의 물리학자인 조반니 바티스타 벤츄리(Giovanni Battista Venturi, 1746~1822)의 이름에서 유래했으며, 벤츄리 효과를 보이는 특징적인 파이프의 형태를 벤츄리관(Venturi tube)이라고 한다.

벤츄리 효과가 일어나는 이유는 유체역학에서 파이프 안을 흐르는 유체는 직경이 더 좁은 부분을 만나면 속도가 빨라지고, 역학적 에너지의 보존을 위해 압력이 낮아지기 때문이고 이것은 베르누이 방정식을 통해 쉽게 구할 수 있다.

 

위 그림의 1번 점에서의 압력을 P1, 유속을 v1이라 하고, 2번 점에서의 압력을 P2, 유속을 v2라고 했을 때, 두 지점의 높이는 같다고 가정하면 각 변의 두 번째 항을 지울 수 있다. 그럼 다음과 같은 식을 구할 수 있다.

이 식에서 1번과 2번 지점에서의 유압과 유속의 관계를 구할 수 있다.

 

빌딩풍을 줄이기 위한 노력으로 일본 도쿄의 NEC 슈퍼타워빌딩은 건물 중간에 3층 높이의 전 층을 ‘풍혈’로 두고, 빌딩풍을 유도해 지상에 도달하는 강한 하강류를 방지하고 있다고 하며, 영국 런던의 스트라다 빌딩은 건물 상부에 3개의 풍혈과 대형 터빈을 설치해 빌딩풍을 줄이고 건물 전체 에너지 소비량의 8%를 충당하고 있다고 한다. 또한 바레인 240m 높이의 세계무역센터 빌딩은 두 쌍둥이 빌딩 사이에 3개의 풍력 터빈을 설치하여 이 빌딩이 필요로 하는 전력의 최대 15%를 생산하고 있다고 한다.

이 외에도 건물의 모서리를 둥글게 만들거나 수목이나 방풍 펜스를 이용해 빌딩풍을 약화시키기도 하며, 도시나 중소형 건물 사이에는 수직축 풍차를 만들어 도시 미관에 이용하는 경우도 있다고 한다.

 

3. 베르누이 배 만들기

바람을 세게 불면 배 사이에는 유속이 빠르므로 압력이 낮게 되어 배가 서로 접근하게 된다.

[준비물]

수조, 실, 스티로폼 (6×3cm 2개, 4×2cm 2개), 빨대

[만드는 방법]

① 스티로폼 6×3cm, 4×2cm 2개를 붙여 배를 2개 만들고, 양끝에 실을 매단다.

② 수조에 물을 가득 채우고, 배가 5cm정도의 간격이 되도록 배의 양끝의 실을 수조에 테이프로 고정 시킨다.

③ 빨대로 배 중간쯤을 세게 불어보아 가까워지는가 확인한다.

 

[ 제작 시 유의사항]

① 배의 가상자리를 유선형으로 만들어야 배 가운데가 압력이 낮아지게 된다.

② 배의 크기가 너무 크면 기압차이가 별로 크지 않다.

 

 

4. 마그데부르크 반구 실험

대기의 압력차를 이용하여 물체 들어올리기 실험을 하였다 작은 반구가 엄청난 무게를 견딜 수 있는 것이 무척 신기하게 보일 거 같다.