과학 시설 방문 프로젝트 2편 : 국립서울과학관

이 글에서 소개해드릴 기관은 교육청에서 운영하는 과학교육을 위한 시설로서 국내 최대규모를 자랑하는 국립서울과학관입니다. 단순하게 과학관을 소개하기보다 그곳에서 본 것을 몇 가지만 설명드리겠습니다.

참고로 과학관 유료회원이란 것이 있습니다. 국립서울과학관의 경우 입장료가 있는데, 입장료를 면제해 주고, 각종 교육 등에서 조금씩 면제해 준다고 합니다. 과학관을 자주 이용하시는 분들은 도움이 많이 될 것 같습니다. 또 과학관 주변 학교나 단체는 단체회원으로 가입하고, 반별로 자주 찾아가는 것도 도움이 될 것 같습니다. 물론 단체방문은 예약을 해야겠죠.

국립서울과학관(이하 서울과학관)은 총 4층 건물에 위치하고 있으며, 창경궁과 붙어있습니다.

4호선 혜화역에서 내려 4번출구로 나온 뒤 바로 왼쪽으로 꺾어 10분쯤 걸어가시면 찾아가실 수 있습니다. 버스를 타실 때는 '창경궁 앞'에서 내리시거나 '서울대학교병원 후문'에서 내리시면 됩니다.

표를 살 때 시간이 넉넉하시다면 창경궁 입장권을 같이 사시면 좋을 것 같습니다. 전 시간이 너무 촉박하여 창경궁을 보지 못했습니다. 창경궁은 30년쯤 전에 동물원이었을 때 본 적이 있고, 그 이후 한 차례 더 본 적이 있었는데 제대로 기억이 나질 않네요.
입장료는 같이 사면 1500원이고, 따로 사면 1000원이면 입장할 수 있습니다.
그리고 빛의 신비전은 과학관 입장권과는 별도로 구매해야 볼 수 있습니다. 입장료는 1,0000원으로 과학관과 비교해서 상대적으로 좀 비싼 편입니다.

서울과학관의 입구는 빛의신비전 전시관 바로 앞의 매표소에 있고, 창경궁으로 들어가도 갈 수 있습니다. 참고로 빛의신비전 입구는 매표소 바로 옆에 있습니다. 윗쪽(서울과학관 쪽)에도 화려하게 치장되어 있는데 여긴 입구가 아니라 출구입니다.

서울과학관 정문에는 두 대의 증기기관차 모형이 있습니다. 진짜 증기기관차인지는 모르겠습니다만 어차피 이제 못 움직이니 모형이라고 해두죠. ^^

서울과학관 정문으로 들어서면 각종 역학을 체험할 수 있는 장소가 1층에 마련되어 있습니다. 1층을 아이들이 가장 좋아하고, 또 가장 많이 관람하더군요. 2~4층은 계단으로 올라가야 합니다. ㅎㅎㅎ

저야 물리학과 연관된 1층이 인기가 있는 것이 좋지만, 과학은 어느 한 분야만으로 발전하는 것이 아니라는 걸 생각한다면 다른 층도 많이 관람하셨으면 좋겠다는 생각을 해봅니다.

일단 1층 전시실로 들어서면 가장 먼저 눈에 띠는 것은 빛에 의해 움직인다는 수레바퀴입니다. 제가 갔을 때는 작동하고 있지 않아서 얼마나 어떻게 움직이는지 잘 모르겠더군요. 아무튼 원리적으로 빛도 운동량을 전달하므로 압력차이가 발생하여 충분히 수레바퀴가 움직일 수 있을 것입니다. 여기서 발생하는 압력을 '광압'이라고 부릅니다. 오늘날에는 우주왕복선을 로켓의 힘과 레이저를 사용하여 더 쉽게 우주로 띄워올리는 방안을 연구중에 있다고 합니다. 실제로 수십m까지는 띄워올리는 실험에 성공했다고 알려지고 있습니다. 또한 광압은 아주 먼 미래에 행성간 우주선이나 항성간 우주선에 이용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있습니다.

광압은 1초에 모래알 몇 개 정도를 던지는 정도밖에 운동량을 우리에게 전달하지 못합니다. 그래서 우리가 보통 광압이란 것이 있다는 것을 못 느끼는 것이죠. 그런데 이렇게 미약한 광압을 커다란 우주선을 매우 빠르게 움직이도록 만드는데 사용할 수 있다니 신기하기만 합니다.

또한 신기한 것은 홀로그램입니다.

아무것도 없는 공간에 무엇인가 있는 것처럼 보이게 만드는 것이 바로 홀로그램입니다. 홀로그램에 대한 정확한 원리에 대한 책을 읽은 것이 고등학교 1학년 때였는데 그 유명한 저서 『현대물리학이 발견한 창조주』에서였습니다. 하지만 솔직히 말해서 그 원리를 정확히 이해했다고 믿어지지 않는 현상입니다.

물론 글자 그대로, 또는 단순한 기본원리로서는 설명할 수 있겠지만요. ^^; 단순히 설명하고 타인에게 알려드릴 수 있다는 것과 자신이 충분히 납득하고 내 지식으로 갖고 있다는 것은 전혀 다른 이야기입니다.

홀로그램 사진은 유리판 위에 나타나도록 만들어져 있습니다. 제 손가락이 그 홀로그램을 찌르고(?) 있습니다만 역시 전혀 영향을 주지 못하고 있습니다. [스타워즈(StarWars)]영화속에서 보여주는 입체영상 전송같은 기술이 나중에 정말 구현되면 여러 가지로 재미있지 않을까 생각합니다. 그런 시대가 되면 오늘날 아파트에 홈씨어터 방을 따로 만들듯이 전화방을 따로 만들게 되지 않을까요? ^^;;

과학관에 처음 설치되던 방전관은 신기함 그 자체였습니다. 제가 처음 방전관을 본 것은 초등학교 때였는데 LG사이언스홀에서인가 수원 학생과학관(현재 경기도 과학교육원)에서인가였을 겁니다. 오늘날에는 너무나 많은 곳에서 볼 수 있게 됐고, 심지어 인테리어로도 자주 설치되고 있습니다. 요즘 아이들이 방전관을 보면 신기해 할지 잘 모르겠습니다. ^^;

방전관 내부 압력은 1/100~1/5 대기압(atm) 정도에 맞춰지게 되는데, 그 압력에 따라서 생기는 반응이 달라집니다. 가장 재미있게 보이는 것이 사진에서처럼 보일 때입니다. 번개가 칠 때와 비슷합니다.

일반적으로 3만 V의 전압이 걸리면 1cm를 방전할 수 있습니다. 방전하는 거리와 색깔은 압력과 공기의 성분에 따라서 달라집니다. 또한 고도에 따라서도 달라집니다. 고도가 높아지면 우주선이 방전관을 더 자주 지나감으로 방전관 내부의 공기를 이온화시켜서 더 쉽게 방전이 일어날 수 있도록 만들기 때문입니다.

방전관은 이미 우리 주변에서 자주 이용되는 현상이 되었습니다. 1938년에 미국 제너럴 일레트릭의 George Inman에 의해서 형광등이 발명되었으니 70년이나 되었네요. 형광등은 그러나 수은증기에 의해 빛이 발생하도록 되어 있으므로 하루빨리 대체품이 나와야 할 것이라고 생각합니다. 또 네온사인도 같은 원리로 작동합니다. 네온사인의 경우 내부에 채워진 기체의 종류가 무엇이냐에 따라서 빛이 바뀌게 됩니다. 네온, 아르곤, 이산화탄소, 질소 등을 주로 사용합니다.

눈에 띄는 기구중 하나가 공기방울을 올려보내는 기구였습니다. 일반적으로 우리가 공기방울을 볼 수 있는 경우는 탄산음료에서입니다. 탄산음료에는 작은 이산화탄소(CO²) 방울들이 발생하는데 크기가 아주 작아서 수면으로 올라오는데 시간이 오래 걸립니다. 그래서인지 모양도 거의 정확히 구형으로 보입니다.

그러나 공기방울이 커지면 상황은 달라집니다. 공기방울이 커질 때 올라오려는 힘이 커지는 것에 비해서 물의 저항은 서서히 커집니다. 그래서 수면으로 더 빨리 올라오게 됩니다. 이 두 요소의 싸움이 거세지면 UFO와 같은 모양의 공기방울이 됩니다. UFO가 맘에 안 드시면 해파리 모양이라고 생각하세요. 이런 공기방울은 우리 주변에서 보기가 힘듭니다.

사진을 가만히 들여다보면 큰 공기방울 밑에 작은 공기방울이 원형을 이루고 있는 것을 보실 수 있으실겁니다. 큰 공기방울이 움직이는 뒤쪽을 따라 올라가는 물의 흐름이 형성되어 같이 올라가는 현상이라는 걸 쉽게 아실 것입니다. ^^
그러나 큰 공기방울과 같이 올라가는 경우를 제외한다면 작은 물방울들은 탄산수의 이산화탄소 방울과 같이 아주 느리게 수면으로 올라갑니다.

그리고 공기방울의 크기가 어중간할 경우는 또 다른 재미있는 현상을 보여줍니다. 오른쪽 그림을 클릭하여 크게 보시면 더 좋겠습니다. 이 그림은 제가 <베토벤 바이러스>에서 캡쳐한 것입니다. 물방울이 상승함에 따라서 좌우로 흔들리는 재미있는 모습을 보여주고 있습니다. 이 현상은 일전에 소개해 드린 적이 있었던 카르만 소용돌이(Karman Vortex) 현상입니다. 카르만 소용돌이는 카르만 세포를 형성하면서 저항을 더 크게 만든다고 말씀드린 적이 있습니다. 그래서 공기방울이 크기에 비해서 수면으로 올라가는 속도를 늦춥니다.

물이 공기보다 점성이 높고, 공기방울은 모양이 자유자재로 변할 수 있기 때문에 나타날 수 있는 모습입니다. 사실상 우리 주변에서 이러한 모습을 보기는 쉽지 않지만 이러한 현상은 빈번히 발생하고 있습니다. 가장 유명한 예가 호르라기나 피리일 것입니다. (버들피리는 원리가 다릅니다.) 채찍이나 전선에서 나는 소리도 마찬가지겠죠. 좀 더 복잡하긴 하지만 태권도 사범들의 발차기에서 나는 소리도 비슷한 원리입니다.

퀴즈 하나 낼까요? 그렇다면.....

snowall님께서 말씀하시던 장치인 VortX라는 장치도 볼 수 있었습니다. 이 장치는 단순하게 가운데로 비스듬히 설치된 접시에 무거운 공을 굴리는 것과 같은 장치였습니다. 그러면 이 공은 데굴데굴 굴러서 원형궤도를 돌게 되는데, 이 때 공과 주변 환경과의 마찰로 인해서 궤도 반지름이 조금씩 줄어드는 나선을 그립니다. 공은 각운동량을 갖고 있으므로 중앙으로 들어올수록 점점 더 빠르게 회전합니다. 속도가 점점 더 빨라지고, 회전반지름이 점점 작아짐으로 인해서 처음 출발할 때 별로 차이가 나지 않던 공은 점점 더 간격을 벌리게 되고, 급기야 바로 앞에서 출발한 공이 뒤에서 출발한 공을 안쪽으로 추월합니다. (물론 VortX라는 기구 안에서 이러한 현상이 일어나는 것은 여기서 말한 것 이외의 원인이 더 크게 작용하기 때문입니다. 그 이유에 대해서는 이 기구가 의도한 바가 아니기 때문에 생략합니다.)

이 운동을 제대로 이해한다면 인공위성의 회전, 태양계 내의 행성들과 위성들의 회전을 이해할 수 있게 되고, 블랙홀의 압착원반이 형성된 뒤에 왜 X선(X-rays;Roentgen rays)이 발생하게 되는지 이해할 수 있게 됩니다.

참고로 부산과학관을 방문하면 VortX를 한 단계 응용한 전시물을 볼 수 있습니다. 그에 대해서는 부산과학관에 관련된 글을 올리면서 다시 이야기하도록 하겠습니다.

대략 1층에서 볼 수 있는 실험기구들의 모습을 몇 가지 살펴봤습니다. 이 이외에도 재미있는 것들이 많더군요. 직접 찾아가 보시고 원리를 생각해 보시면 좋을 것 같네요.

2층부터는 화석, 암석, 광물 등도 볼 수 있고, 여러 동물들의 박제된 모습도 볼 수 있습니다. 이런 것은 직접 보지 않으면 의미가 없겠죠. 사진이야 인터넷을 뒤지면 모두 볼 수 있을테니까요. (하지만 사진과 박제, 실물을 보는 것은 아주 큰 차이를 보이겠죠.) 그런 것에 대한 내용은 사진 몇 장으로 대신하겠습니다.

4층의 한 쪽으로 가면 살아있는 몇 가지 동물들을 볼 수 있고, 직접 학생들이 만든 조형물도 볼 수 있습니다.

상대적으로 [빛의 신비전]은 볼거리는 참 많았습니다. 뭔가 화려한 모습은 관람객들의 시선을 끌어모으기 위해 만들었다는 생각을 하게 됩니다. 하지만 그 원리를 살펴보면 정말 몇 가지 안 되는 현상만을 다룬 것이 아닌가 생각하게 만들더군요.

빛의 점등, 홀로그램, 반사, 간섭등이 전시물의 주된 기본원리였습니다.

평행거울 사이에 설치된 화려한 네온사인입니다. 저 사이를 지나가야 하는 통로로 만들어서 어디까지 가야 빠져나갈 수 있는지가 좀 헤깔릴 정도로 처음 입구는 괜찮았습니다. ^^ 촬영자인 제가 저 앞에 서 있네요.^^

만화경 모습입니다. 만화경에 어떤 조명(일반 전구인듯)을 비춰 다양한 모양으로 보이게 만든 것이 눈에 띕니다. 빛이 갈라지고, 색이 분리되는 현상은 조명에 회절격자를 설치했기 때문입니다. 여담입니다만 위의 두 장의 사진을 찍으면서 카메라의 Av모드와 Tv모드의 용도를 적절히 깨닫게 됐습니다. ^^

이 사진은 홀로그램 사진이 아닙니다. 그런데도 신기하게 유리 위에 뭔가 있는 것으로 보입니다. 가만히 보면 저 밑에 원래 돼지들이 보이죠? 그 돼지를 사방에 설치된 거울을 통해 보게 만들어서 사진처럼 보이게 되는 것이라고 합니다. 그래서 뒤집혀서(역상) 보이는 것인가봅니다. 그런데 원본보다 더 크게 보인다는 의미는 거울이 평판은 아닌가봅니다. ^^ㅋ

이 전시물의 정체를 정확히 파악하지 못했습니다. 자세히 살펴봐야 원리를 알 수 있을 것 같은데 제가 시간이 촉박해서 그렇게 하질 못했습니다. 아마도 조각들의 결합부분에 빛이 갖히는 현상을 이용한 것 같아 보이기는 하는데.....

위 사진은 사실 별로 신기한 것은 아닙니다만, 어렸을 때 기억이 나서 촬영하여 소개합니다. 구멍가게에서 팔던 과자에 딸려나오던 그림과 반짝이 스티커를 이용해서 위와 같이 볼 수 있었죠. 벌써 20년도 더 전에 나왔던 과자였습니다.

모아레현상을 보여주는 전시물이 있어서 사진을 몇 장 찍어봤습니다. 모아레현상은 별로 응용할만한 분야가 없는 것 같지만, 실제로는 천체망원경의 분해능을 높이는데 사용되는 기술이기도 하고, 전문적인 분야에서 여러 가지로 응용되는 기술이기도 합니다.

사진에서는 별로 이쁘지 않지만, 실제로 보면 정말 이쁘더라구요.

반딧불이를 살리자는 캠페인(?)도 하더라구요. 아이들에게 반딧불이를 이쁘게 채색하는 이벤트도 있었습니다. ^^

[빛의 신비전]은 위에 보여준 것 이외에 한 가지 탈것과 두 가지 영상물이 더 있었습니다. 탈것은 아이들이 너무 많아서 포기했고, 영상물은 시간이 없어서 포기했습니다. ㅜㅜ

[빛의 신비전]은 전반적으로 중고등학생들을 위한 전시는 아니었고, 유치원생~초등학생을 위한 전시였습니다. 전시물들도 대략 1m정도의 높이에서 봐야 제대로 보여서 보고 다니기 정말 힘들었습니다.ㅜㅜ

국립서울과학관은 특정적인 분야에 치우치기보다는 전반적으로 다양한 전시물들을 마련한 것이 눈에 띠는 곳입니다. 그래서 어린이들에게 더 좋은 곳이 아닐까 생각됩니다.

적은 입장료가 있기는 하지만 과학을 공부하는 학생들이 방문하면 여러 가지 경험을 할 수 있어서 좋을 것 같습니다.

국립서울과학관의 옆에서 열리는 [빛의 신비전]은 특별행사로 열리는 만큼 오랫동안 볼 수는 없습니다. 하지만 특별행사는 자주 바뀌면서 열리는 것이므로 학부모들이 간혹 들려 확인해 보면 좋을 것 같습니다. 솔직히 전국의 과학관들에서 열리는 행사는 불규칙하게 자주 열리는 편이므로 메일링 서비스를 해 줬으면 좋겠는데, 메일링 서비스는 하지 않는 것 같아 아쉬웠습니다.

※ 이 글은  한국블로그산업협회가 주관한 '블로거! 네 꿈을 펼쳐라' 이벤트에서 지원받아 작성된 글입니다.