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섭섭박사님이 어렸을 적엔 직접 장난감을 만들어 갖고 놀았어요. 실을 잡아당기면 종이가 허공에서 빠르게 돌면서 ‘붕~, 붕~!’소리를 내는 장난감을 소개합니다! 이 장난감의 이름은 ‘실팽이’인데요, 그런데 이 실팽이가 ‘세상을 구하는 도구’로 변신할 수 있대요! 과연 어떻게…?

➊ 두꺼운 종이를 지름 10cm 크기의 원으로 자른 뒤, 송곳으로 중앙에 1cm 간격의 구멍을 뚫는다. 구멍에 실을 끼우고 실 끝을 서로 묶으면 실팽이 완성! 
➋ 코코아 가루를 물에 넣고 잘 저어 준다.   
➌ 빨대를 3cm 길이로 자른 뒤, 집게로 한쪽 끝을 잡고 라이터로 지져 구멍을 막는다. 빨대에 코코아를 절반 정도 채우고, 반대쪽 구멍도 같은 방법으로 막는다.  
➍ ➌을 ➊의 두꺼운 종이에 대칭으로 붙인다. 
➎ 실팽이를 2분 정도 돌린 뒤 빨대 속에 있는 코코아를 관찰한다.

☞결과 : 코코아 가루가 물과 분리되어 빨대 끝에 뭉쳐있다.
☞왜 이런 일이? 실팽이를 돌리면 코코아가 원심력을 받아 바깥쪽으로 쏠려요. 이때 밀도에 따라 받는 원심력*의 차이로 물과 코코아 가루가 분리되죠. 이런 장치를 ‘원심분리기’라고 한답니다. 원심분리기는 병을 진단할 때 자주 사용해요. 예를 들어 말라리아의 경우, 원심분리기로 피를 액체 성분과 고체 성분으로 나눈 뒤, 액체 성분에서 말라리아 원충이 있는지 검사하지요. 하지만 원심분리기가 비싼 탓에 가난한 나라들은 말라리아 검사에 어려움을 겪는답니다. 이에 2017년, 미국 스탠포드대학교 마누 프라카시 교수는 200원짜리 실팽이로 수백만 원의 원심분리기를 대체하는 방법을 생각해냈어요. 실팽이는 1분에 최대 12만 회의 속도로 빠르게 회전하는데, 혈액은 수천 rpm*에서도 원심분리가 되거든요. 심지어 전기도 필요 없다니, 정말 기발하죠?

의료 시설이 제대로 갖춰지지 않은 나라에서 세균 감염 검사를 하려면 큰 병원으로 가야 해요. 하지만 큰 병원에서도 검사 기간은 일주일까지 걸릴 수 있죠. 그런데 최근 기초과학연구원 조윤경 교수팀이 세균 감염 여부를 한 시간 안에 검사할 수 있는 진단용 스피너를 만들었어요. 

세균 감염 검사를 할 땐 소변 안에 어떤 세균이 얼마나 있는지를 검사하고, 적당한 수준의 항생제를 처방해요. 하지만 기존 검사는 소변에서 세균을 배양시키고, 이를 분석하는 과정이 필요하기에 오랜 시간이 필요하답니다. 반면 연구팀이 개발한 진단용 스피너는 소변을 스피너에 넣고 손으로 3분 정도만 돌려주면 돼요. 스피너가 돌아가면서 생기는 원심력에 의해 소변 속 세균이 필터 위에 100배 이상으로 농축이 된답니다. 이 필터 위에 세균을 검출하는 시약을 뿌리면 약 45분 뒤 세균의 농도에 따라 시약의 색이 바뀌기 때문에 소변 속에 세균이 얼마나 있는지 간단하게 알아낼 수 있죠. 

연구팀이 개발한 진단용 스피너의 가격은 개당 600원 정도에 불과해요. 조윤경 교수는 “소변을 이용한 세균 검사는 주로 선진국의 현대적인 실험실에서만 가능했다”며, “이번 연구로 오지의 의료 수준을 높일 수 있을 것”이라고 얘기했답니다.

➊ 컵을 뒤집어 탁구공을 덮는다. 
➋ 컵을 책상 위에서 빠르게 돌리면 탁구공이 컵의 벽을 따라 함께 회전할 것이다. 
➌ 그대로 컵을 돌리며 위로 들어 올려 본다.

☞ 결과 : 공이 컵을 따라 돌면서 컵과 함께 위로 올라온다. 
☞ 왜 이런 일이? 롤러코스터를 탈 때 가장 아찔한 순간은 수직으로 360° 회전할 때일 거예요. ‘혹시나 롤러코스터가 바닥으로 곤두박질치지 않을까?’ 하는 생각에 불안하죠. 하지만 그런 일은 일어나지 않을 거예요. 앞서 말했던 ‘원심력’ 덕분이죠. 

어떤 물체가 원운동을 할 때, 원심력은 운동하는 원의 중심에서 멀어지는 방향으로 생겨요. 지면과 수직한 방향으로 360° 회전하는 롤러코스터가 거꾸로 매달린 순간, 원심력은 중력과 반대 방향으로 작용해요. 중력은 지구 중심 방향으로 작용하니까요. 따라서 롤러코스터는 중력을 받아도 떨어지지 않죠. 위 실험에서 탁구공 역시 원운동을 하기 때문에 원심력을 받아요. 이때 원심력은 컵의 벽을 향해 생긴답니다. 즉, 원심력이 탁구공을 컵 벽으로 밀어서 밑으로 떨어지지 않도록 붙잡는 거죠.

*용어정리

원심력 : 원운동을 할 때 중심에서 바깥쪽으로 작용하는 힘.

rpm : 1분 당 회전 수.