d라이브러리

따뜻한 오후를 맞아 신나게 산책하던 섭섭박사님은 그만 콰당 넘어졌어요. 아직 덜 녹은 얼음에 미끄러졌거든요. 크게 다치진 않았지만, 한쪽 팔에 붕대를 감는 바람에 양손을 쓰기 어려워졌어요. 당장 진행할 실험이 있는데 어쩌지 하고 고민하던 섭섭박사님은 묘수를 떠올렸어요!

도전 실험
저절로 움직이는 건전지 기차

섭섭박사님은 한 손으로도 거뜬한 실험을 보여주겠다며 구리로 된 코일과 건전지를 꺼냈어요. 그리고 강력한 자석을 건전지에 붙여 간단한 기차를 만들었지요. 과연 건전지랑 자석만으로 기차가 혼자 달릴 수 있을까요?

 

준비물

코일, 건전지, 네오디뮴 자석

 

  ※ 주의: 자석은 삼키지 않도록 주의하세요.

➊ 건전지 양극에 네오디뮴 자석을 붙여 건전지 기차를 만든다. 이때 자석의 +극이 바깥을 향하도록 붙인다.

➋ 코일의 한쪽 끝에 건전지 기차를 밀어 넣는다.

 

➌ 건전지 기차가 스스로 움직여 코일 터널을 통과하는지 확인한다.

 

➍ 더 긴 코일을 준비해 건전지 기차를 밀어 넣는다.

 

➎ 코일의 양쪽 끝을 연결해 건전지 기차를 순환하게 한다.

➔결과: 건전지 기차가 계속 코일 기찻길을 달린다!

전기가 통하는 도선을 촘촘하게 원형으로 만 코일 같은 기구를 ‘솔레노이드’라고 해요. 솔레노이드는 평소에는 자석의 성질을 띠지 않다가 전류가 흐르면 자석의 성질을 나타내지요. 코일 터널도 평소에는 금속을 끌어당기지 않다가 건전지 기차를 넣으면 자석처럼 행동해요. 건전지와 자석이 코일과 닿으면서 전류를 흐르게 하거든요. 건전지의 -극에서 나온 전자가 자석을 지나 코일로 들어가고, 코일 내부를 따라 이동한 전자가 반대쪽 자석을 지나 건전지의 +극으로 들어가면 전류가 흐르면서 코일이 철로 된 물체를 끌어당기기 시작해요. 이 힘이 건전지 기차와 상호작용을 하면서 기차가 달리는 거랍니다.

지구 자기장은 태양에서 날아오는 강한 입자들로부터 지구를 보호하는 방패예요. 그런데 지구 자기장이 올해 크게 흔들릴지도 모른대요. 무슨 일일까요?

▲GIB

태양은 끊임없이 변화하는 거대한 가스 덩어리예요. 태양 표면에서는 강한 폭발이 일어나거나 에너지가 우주로 방출되는 등 활발한 움직임이 관찰되지요. 이런 변화를 ‘태양활동’이라고 해요. 태양활동은 11년마다 강해졌다가 약해지길 반복하는데, 태양활동이 가장 강한 시기를 극대기라고 하지요.

1월 13일, 한국천문연구원(천문연)은 극대기의 지자기 폭풍이 지구에 어떤 영향을 미칠지 분석한 결과를 발표했어요. 지자기 폭풍은 강력한 태양 폭풍이 지구 자기장을 교란하는 현상이에요. 천문연은 국내외 최신 위성과 지상 관측시스템을 이용해 2024년 5월 10일부터 12일까지 발생한 G5급 지자기 폭풍을 관측했어요. 지자기 폭풍은 세기에 따라 G1~G5까지 등급이 매겨지는데, G5는 이 중 가장 극심한 정도를 나타내요. 

분석 결과, 태양에서 일어나는 강력한 폭발인 플레어와 태양의 바깥 대기에서 거대한 가스 덩어리와 자기장이 우주로 뿜어져 나오는 코로나질량방출이 여러 번 반복되면서 지자기 폭풍이 발생하는 것으로 확인됐어요. 강한 빛과 뜨거운 기체, 그리고 강력한 자기장이 지구로 날아와 지구 자기장을 변형시키는 거예요. 

지자기 폭풍이 지구 자기장을 세게 흔들면 위성이나 전파 통신에 문제가 생길 수 있어요. 또 위성항법시스템(GPS) 신호가 약해지거나 오작동하고 대규모 정전이 일어날 수도 있지요. 따라서 태양활동을 예측하고 대비하는 연구는 매우 중요해요. 천문연 곽영실 책임연구원은 “이번 연구 결과는 태양활동 극대기인 올해 우주 날씨 변화를 이해하는 데 도움이 될 뿐 아니라 앞으로의 대비책 마련에도 좋은 기초자료가 될 것”이라고 밝혔어요.

실험 하나 더!
헤드스핀 도는 감성이 인형 만들기

 

실험에 성공한 섭섭박사님은 흥이 올랐어요. 한때 열심히 연습했던 브레이킹 댄스를 추고 싶었지만 팔을 다쳐서 직접 할 수는 없었지요. 대신 또다른 실험을 하기로 했죠.
 

준비물

영구자석 2개, 종이 인형, 나무막대기, 양면테이프, 두꺼운 종이, 플라스틱 반구(병뚜껑으로 대체 가능)

 

➊ 만들고 싶은 종이 인형 도안을 준비한다. 영구자석 2개를 준비한 뒤 같은 극에 펜으로 표시한다.

 

➋ 표면이 매끄러운 반구 안쪽에 영구자석을 붙인다.

 

➌ 나무 막대기 끝에 영구자석을 붙인다.

 

 

➍ 종이 인형을 반구 위에 붙인다.

➎ 두꺼운 종이 위에 종이 인형을 놓고 자석을 붙인 막대기를 종이 아래에 갖다 댄다.

➔ 결과: 감성이 인형이 빙글빙글 돌아가며 춤춘다!

자석이나 전류가 흐르는 도선 주위에는 보이지 않는 힘이 작용하는 공간이 생겨요. 이를 자기장이라고 해요. 자기장은 항상 일정한 방향으로 힘을 보내는데, 힘이 나오는 부분을 N극, 힘이 들어가는 부분을 S극이라고 불러요. 같은 극인 N극과 N극, S극과 S극은 서로 밀어내고, 다른 극인 N극과 S극은 서로 끌어당기는 특징이 있지요. 종이 인형이 빙글빙글 도는 이유가 바로 이 특징 때문이에요. 반구에 붙어 있는 자석과 막대기에 붙어 있는 자석이 같은 극이어서 밀어내는 힘인 반발력이 생기고, 반구가 미끄러지듯이 밀려나면서 회전하기 시작하지요. 회전하는 과정에서 서로 다른 극인 반구 쪽 자석과 막대기 자석 사이이 끌어당기는 힘인 인력이 작용해요. 이 힘이 반복되면서 종이 인형은 계속 회전하는 거랍니다.