에너지의 전환과 보존

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통합과학 전개도

 

두 손을 하늘로 뻗어, 천하(天下)를 거머쥔 인류. Wow.

 

 

네 발로 기어 다니던 인류가 직립 보행을 하게 되면서 얻은 가장 큰 이점은 손의 사용입니다. 손과 뇌의 전두엽이 신경으로 이어져 있다 보니 손의 활발한 사용이 전두엽 발달을 촉진시켰고, 똑똑해진 인류는 도구와 불을 이용하기에 이르렀죠. 이때 인류는 불로 음식을 익혀먹기 시작하면서 생존 확률도 올라가게 되고, 날것을 소화시키는데 많이 사용되었던 에너지가 뇌의 발달에 쓰임으로써 생체에너지 효율이 올라감에 따라 인류 지능의 발전화에 가속이 붙었어요.

 

 

두 발로 걷기 시작한 구석기 시대의 인류와 네 발로 기어 다니는 영장류의 차이점은 무엇일까요? 눈을 자세히 보면 흰자위와 검은자위가 구분되는지의 여부입니다. 직립보행을 하며 네 발로 기어 다녔을 때보다 시야가 넓어진 유인원에게 어떤 진화적 기제가 작용하여 눈의 흰자와 검은자가 구분되기 시작했습니다. 보통 포유류는 검은자와 흰자가 구분이 잘 안 됩니다. 그렇기 때문에 시선이 어디를 향하는지 분간하기가 어렵죠. 정확한 시선의 분간이 의사소통의 시발점이 되었고, 의사소통이 되었기에 인간은 다른 포유류에 비해 서로 협력하기가 쉬웠습니다. 협업을 기반으로 수렵과 채집이 용이해졌고, 주거를 비롯한 생활을 하기 위한 공동체의 탄생과 함께 구석기 시대가 열렸습니다.

 

 

협업의 중요성을 터득한 인류는 협업의 규모를 조금 더 확장시킵니다. 농업 기술을 발명한 신석기 인류는 불안정적인 유목 생활을 청산하고 한 곳에 머물러 정착하는 삶을 꾸렸어요. 농업이라는 혁신적인 기술을 통해 원하는 곡식을 재배해 풍성한 수확을 얻어낼 수 있어 이후로 인구의 수는 폭발적으로 증가하였고, 폭발적으로 증가하는 식량을 비축하는데서 사유재산이 등장함에 따라 물물 교환이 발생했고, 이는 숫자의 탄생도 야기하였습니다.

 

결국, 이 모든 발전은 인간이 두 손을 어떻게 활용했는지에 따라 이루어졌습니다. 인류는 천하를 향해 뻗은 두 손으로 새로운 가능성의 길을 열어가고 있습니다. 2학기 통합과학 물리학 시간에서는 그 가능성의 이력을 따라가며, 미래를 전망하고자 합니다. 그 첫걸음은 에너지의 메커니즘을 이해한 인류의 이야기로 떼어봅니다.

 

1. 에너지의 전환과 보존

신석기 시대 이래로 인류는 효율적인 농작 활동을 위해 가축으로부터 에너지를 얻었고, 수확한 곡물을 정제할 때는 물의 흐름으로부터 에너지를 얻는 물레방아를 활용했습니다. 또한, 효율적인 이동을 위해 바람의 흐름으로부터 에너지를 얻는 돛단배를 활용했고요. 이러한 방식들은 자연의 에너지를 직접 활용하는 인류의 첫 번째 지혜였습니다. 

 

떠 있는 빗방울이 낙하하면서 중력 퍼텐셜 에너지가 운동 에너지로 전환되고, 번개의 전기 에너지는 빛과 소리 및 열 에너지로 전환됩니다. 이처럼 한 형태의 에너지는 다른 형태로 전환될 수 있으며, 에너지가 전환되는 과정에서 에너지는 새로 생겨나거나 소멸되지 않으며 전체 양은 항상 일정하게 보존됩니다.

 

 

에너지의 전환과 보존을 이해하는 기반을 토대로 인류는 더 복잡한 에너지 활용 방식, 두 번째 지혜로 나아갑니다. 인류는 빛 에너지를 생체 에너지로 전환하는 식물의 광합성으로부터 임의의 에너지를 인류에게 필요한 기계적 에너지로 가공할 아이디어를 얻어요.

 

열과 일의 관계

 

 

ATP는 골격근의 움직임뿐 아니라 심장이나 폐를 비롯한 여러 기관 등의 작동과 체온 유지 등에 쓰입니다. ATP가 갖는 화학 에너지가 골격근 수축이라는 기계적 에너지로, 혹은 체온이라는 열에너지로 전환되는 것이죠. 줄은 생체 내의 에너지 전환 과정을 실험으로 연출하는 과정에서 열과 일의 관계를 알아냅니다.

 

줄의 실험 장치

 

줄은 그림과 같이 회전할 수 있는 날개가 있는 용기에 물을 담고 외부에서 일을 하여 날개를 회전시키는 실험을 하였습니다. 그 결과 물의 온도가 올라가는 것을 확인하였고, 날개를 돌리는 데 해준 일과 물의 온도 증가로부터 열과 일 사이에 정량적으로 1cal = 4.18J의 관계가 성립한다는 것을 알아냈어요. 이를 토대로 줄은 일 W과 열 Q이 동등하다는 사실을 알아냈습니다.

 

 

이로써 인류는 열에너지를 기계적 에너지로 전환하여 활용할 수 있는 단계에 이르렀습니다. 영국의 제임스 와트는 증기의 힘으로 기계를 움직이는, 증기기관의 개량과 상용화에 혁혁한 공을 세워 산업 혁명을 발흥시킨 주인공이죠. 산업 혁명을 계기로 인류는 유사 이래 에너지를 가공해서 쓰기 시작합니다. 

 

두 발을 갖고 싶었던 한 여자의 이야기. so sad..

덴마크 코펜하겐에 있는 인어 동상

 

손은 인류의 진화에서 중요한 역할을 했습니다. 그렇다고 발이 중요하지 않냐고요? 그럴 때 가장 적합한 이야기가 바로 인어공주의 이야기입니다. 안데르센의 인어공주는 육지의 왕자를 만나기 위하여 마녀에게 자신의 목소리를 팔지만, 결국에는 모든 수고가 물거품이 되고 마는 인어의 애절한 사랑을 이야기로 한 작품입니다. 

 

월트 디즈니의 '인어공주'

 

우리에게 친숙한 월트 디즈니의 인어공주는 다소 부침을 겪긴 하지만 왕자와의 쌍방 사랑을 이뤄내면서 해피엔딩을 맞이하게 됩니다. 원작과 리메이크의 결말은 다소 다를지라도 인어공주 스토리를 관통하는 주제는 똑같습니다.

 

넌 목소리만 주면 돼. 그럼 내가 널 사람으로 만들어줄게. so scary ㄷㄷ

 

근대 유럽에서 거리낌 없이 말하는 여자는 길들여야 할 말괄량이로 간주됐습니다. 특히 인어공주의 갈치 아버지가 강요하는 규율 같은 남성의 지배 구조에 복종하지 않는 여자는 징계를 받았어요. 여성의 목소리를 악의 근원으로 보고 이를 길들여 여성의 사상과 잠재력을 억누르려 한 것이죠. 타코야키 마녀가 인어공주를 인간으로 만들어주겠다며 그 대가로 목소리를 요구하는 이유는 그러한 역사적 사실을 염두한 메시지입니다. 

 

 

그러나 우리의 꽃보다 프린스는 인어공주의 목소리, 그녀의 노랫소리에 이끌렸거든요. 그가 그녀의 목소리를 좋아하게 되었다는 건, 그녀를 그녀답게 하는 무언가를 좋아하게 되었다는 겁니다. 인어공주의 목소리는 그녀로 하여금 자신감과 외향적인 성격, 호기심과 진정한 자아를 표출하는 수단이었죠. 사람을 낚은 생선의 구수한 노랫가락을 들어볼랍서?

 

Part of your world - 인어공주 ost

https://youtu.be/6DP2vD6nog8

 

인어공주는 우리에게 자신의 목소리로 내 안의 무언가를 누군가에게 전달할 수 있다는 큰 행운을 등한시 말라는 교훈을 줌과 동시에 목소리란 나 다움을 상대방에게 표현하기 위한 기본 수단으로써 그러한 목소리를 상실하면 나 자신을 잃을 수 있다는 경고를 날리고 있는 영화예요. 이제 여러분 스스로가 자신의 목소리로 자기 자신의 무언가를 적극적으로 표현하며 살고 있는지 반성해 볼 때가 왔습니다.

 

나를 표현하기 위해 하는 발표. Be brave!

 

오늘 우리는 에너지 전환에 대해 이야기했습니다. 에너지는 하나의 형태에서 다른 형태로 바뀌며, 그 과정에서 에너지가 새로 생겨나거나 사라지지 않고 항상 일정하게 보존됩니다. 이와 마찬가지로 여러분도 자신의 목소리를 찾는 여정을 통해, 자신 안의 무언가를 다른 형태로 전환할 수 있어요. 그것이 바로 두 발을 얻은 대신, 이제 여러분이 갖게 될 가장 큰 가치입니다.

 

발표는 나 자신을 표현하는 활동입니다. 전달하고자 하는 내용을 선택하고, 내용의 당위성을 위해 근거를 찾고, 비유와 인용 어구를 접착제로 삼아 내용과 근거를 연결한 글감 덩어리들을 어떤 인과관계로 엮어야 할지에 대한 고민 자체가 나만의 개성입니다. 그 고민의 흔적이 스토리로 승화되어 나만의 콘텐츠가 완성되는 거죠. 

 

교실은 나의 무대. Shut up! and Watch me~

 

나와 청중 사이를 채우는 적막한 공기. 공기를 울리는 목소리가 듣는 이의 가슴을 울리는 건 무대 위 가수만의 몫이 아닙니다. 발표로도 청중에게 감동을 선사할 수 있어요. 따라서 나를 표현하기 위해 서 있는 모든 장소가 무대입니다. 발표하는 5 ~ 10분의 시간만큼은 친구들의 삶에 영향을 주는 인플루언서로써, 교단 앞에서 세상을 바꿀 수 있다는 포부와 청중을 씹어 먹겠다는 배포를 품고 여러분의 이야기를 스스로의 목소리로 전해 보십시오.  

 

두려움은 몸을 떨리게 합니다. 두려움은 수많은 리허설로 극복해야 합니다. 부디 몸을 떨리게 하는 두려움을 뿌듯함과 보람의 설렘으로 바꿀 여러분만의 데뷔 무대를 2학기 동안 한 번은 꼭 갖길 바랍니다. 오늘도 물리를 통해 인생을 배웁니다.