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전자저울하면 왠지 복잡할 것 같다. 하지만 연필과 종이 스티커, 그리고 디지털 테스터만 있으면 간단히 전자저울의 원리를 경험할 수 있다. 이번 사이언스파티는 '신나는 과학을 만드는 사람들'이 일본 청소년 과학제전에 참가해 시연했던 특별실험이다.

당신의 몸무게는 얼마인가요? 그건 비밀이라구요! 하지만 이제 당신의 몸무게는 간단히 알아낼 수 있지요. 여러분은 몸무게를 잴 때 무엇을 사용하나요? 체중계에 올라서면 바늘이 돌아가는 저울인가요, 아니면 체중을 한번에 숫자로 알려주는 저울인가요? 두 발을 딛고 체중계에 올라서기만 하면 우리의 몸무게가 간단히 숫자로 나오는 전자저울에는 어떠한 비밀이 숨겨져 있는지 알아봅시다.

왜 그럴까?

악어 얼굴에 연필로 색칠한 것은 연필심의 흑연이 전류가 통하는 도체이기 때문이다. 흑연이 얇게 칠해진 스티커는 전기를 통하는 도선 노릇을 한다. 이 스티커를 아크릴판에 붙여 추를 올려놓으면 아크릴판이 휘면서 흑연이 칠해진 스티커도 같이 휘게 된다. 흑연이 칠해진 스티커가 휜다는 것은 바로 전류가 흐를 때 저항이 변하는 것을 뜻한다. 저항이란 무엇일까?

고무 호스로 화단에 물을 뿌릴 때 호스의 길이가 짧고 굵은 것과 길고 가는 것 중 어느 호스에서 물이 잘 나올까? 물이 움직이기에는 짧고 굵은 호스가 편할 것이다. 물과 마찬가지로 짧고 굵은 도선이 저항이 작아 전류가 쉽게 흐른다. 즉 도선의 저항은 단면적에 반비례하고 길이에 비례한다. 스티커 종이에 칠한 흑연가루 층은 두께가 얇기 때문에 큰 저항을 만들 수 있어 테스터로도 저항 변화폭을 감지할 수 있다.

추를 많이 올려 놓을수록 무게는 많이 나가고, 따라서 아크릴판은 더 휘게 된다. 그러면 저항이 더 커지면서 물체 무게와 비례하는 저항 값을 얻을 수 있다. 이것이 물체의 무게를 측정하는 전자저울의 비밀이다. 실제로 전자저울의 핵심부품인 '스트레인 게이지'는 측정하고자 하는 물체의 무게에 따라 저항이 변하는 원리를 이용해 만든 것이다.

전자저울은 스트레인 게이지, 스프링 엘리먼터, 전자회로의 세 부분으로 이루어져 있다. 스트레인 게이지(A)는 금속으로 된 가는 도선으로 스프링 엘리먼트(B)라는 탄성체에 붙어있다. 흑연과 같이 전류가 흐르는 스트레인 게이지는 고유의 저항을 가지고 있다. 물체의 무게 때문에 탄성체가 힘을 받아 모양이 변하면 스트레인 게이지의 저항은 달라진다. 이때 측정된 저항은 전자회로(C)에서 무게로 환산된다. 복잡한 전자저울의 원리도 알고 보면 간단하다.
 

신과람 일본 청소년 과학체전에서 독창적 실험 시연

7월25일부터 30일까지 6일 동안 일본 도쿄에서는 제7회 청소년을 위한 과학제전이 열렸다. 일본 과학기술진흥재단이 주최한 이 행사는 초등생과 가족이 주로 참가하지만 중고등학생과 일반인에게도 개방 돼있는 국민축제, 과학제전의 가장 큰 특징은 참가자들의 '자발성'에 의해 운영되고 있다는 점이다.

과학제전은 간단한 소개와 함께 이루어지는 시범 실험, 40분 이상씩 직접 만들어 보는 워크숍 활동, 30-40명이 무대에서 과학과 관련된 주제를 특징적으로 보여주는 작은 무대 시범으로 이루어져 있다.

'신과람'(신나는 과학을 만드는 사람들)의 대표인 현종오교사(서울오금고)는 1994년부터 행사를 참관하다, 올해에는 직접 신과람 교사 5명과 함께 '내가 만든 전자저울'이라는 주제를 발표했다.

이 주제 발표는 신과람 고유의 독착성을 인정받은 계기가 됐다. 이번 행사 참가를 과학대중화를 위한 국제 교류의 시작으로 본다는 현종오교사는 "행사준비가 1년간 이루어지고 행사 후에는 곧바로 평가가 이루어지며 모두가 열정적인 모습으로 참여하는데 감동을 받았다"면서 "한국팀의 발표 준비를 위해 일본 책임자가 보여준 준비성과 책임감은 우리나라의 국제적인 과학행사계획에도 반영돼야 한다"고 말했다. 기존의 시범 실험이 외국의 자료에 의존할 수밖에 없었던 상황에서 우리 고유의 아이디어를 발전시킨점은 대단히 의미있는 일. 이러한 활동은 교사들에게 긍정적인 자극이 될 것으로 보인다.