전기 에너지는 전기가 가지고 있는 에너지를 말해요. 선풍기, 다리미 등 전기 제품을 작동시킬 수 있는 에너지입니다. 이러한 전기 기구는 코드를 콘센트에 꽂기만 하면 언제든 사용할 수 있어요. 즉 벽에 붙어 있는 콘센트를 통해 전기 에너지가 전기 기구에 공급된다는 것을 알 수 있는데요. 그럼 콘센트에서는 어떻게 전기 에너지가 나오는 걸까요?

우리가 사용하는 전기 에너지는 수력·화력·원자력 등의 발전소에서 만들어진 후 초고압 변전소를 거쳐 1차 변전소, 2차 변전소로 이동하며 전압이 낮아지고 변압기를 통해 적절한 전압으로 바뀌어 가정이나 공장으로 보내집니다. 수력 발전소에서는 높은 곳에 있는 물을 떨어뜨려 발전기의 터빈을 돌려서 전기 에너지를 얻습니다. 화력 발전소에서는 석탄, 석유, 천연가스 등의 연료를 태울 때 얻어지는 열로 물을 끓여 증기를 발생시키고 이 증기의 압력으로 발전기의 터빈을 돌려 전기 에너지를 얻습니다. 원자력 발전소에서는 핵분열 반응에서 얻어지는 열로 물을 끓인 후, 이때 나오는 증기의 압력으로 발전기의 터빈을 돌려 전기 에너지를 얻습니다.

이렇게 전기를 만드는 발전 방법들을 보면 각각 문제점을 안고 있어요. 우선 가장 많은 전기를 생산하는 화력 발전은 발전소를 세우는 비용이 적게 들고 여러 곳에 세울 수 있어 가정까지 도달하는 거리가 짧은 대신, 매연이나 수질 오염 등의 공해가 심각하게 발생해요. 원자력 발전은 연료비가 적게 드는 대신 건설하는 데 시간이 오래 걸리고 방사능의 위험이 도사리고 있어요. 수력 발전은 공해도 없고 연료비도 거의 들지 않지만 건설비가 많이 들고 알맞은 위치를 정하기가 어렵다는 단점이 있어요. 그래서 요즘에는 이러한 발전 방식 이외에 공해가 없는 발전 방식들을 연구하고 있습니다. 그중 대표적인 것이 태양 에너지를 모아 그 열로 증기를 만들어 터빈을 돌리는 태양열 발전이지요. 또한 바람을 이용하는 풍력 발전이나 밀물과 썰물의 차이를 이용한 조력 발전, 땅속의 뜨거운 열을 이용한 지열 발전 등도 연구하고 있어요.

탈수기가 어디에 사용될까요?
탈수기는 우리가 더러운 옷을 빨래를 하고 난 후 세탁물의 수분을 효과적으로 제거하는 가전제품이에요.
그럼 탈수기의 원리가 무엇일까요? 바로 원심력 때문인데 원심력이란 원운동과 같이 고정된 한 점의 둘레를 운동하는 물체가 바깥쪽을 향해 중심으로부터 멀어지려고 하는 힘을 말해요. (사실 원심력이란 실제 하는 힘은 아니고 중심을 향한 힘인 구심력을 받는 물체가 그 힘을 잃었을 때 운동하는 원의 접선 방향으로 날아가기 때문에 원심력이란 이름이 붙여졌어요.)

세탁물을 구멍이 많이 뚫린 금속제 용기에 넣고 모터로 매분 1,000-3,000회 회전시키면 의복에 배어 있던 수분이 강한 원심력에 의해 사방으로 튕겨져 나가면서 효과적으로 탈수가 되어요. 그리고 탈수기를 사용하면 탈수 효과가 뛰어날 뿐만 아니라 옷매무새가 나빠지는 일이 적어 섬유의 손상을 막을 수 있어요. 설탕의 결정을 분리할 때, 우유에서 지방을 빼낼 때, 혈액에서 혈장을 분리해 낼 때, 주스의 액을 맑게 할 때 등에 사용하는 원심분리기도 원심력을 이용한 예랍니다.

냉장고, 세탁기, 컴퓨터처럼 전기를 이용한 가전제품을 보면 대부분 전선으로 연결되어 있는 걸 볼 수 있어요. 이 전선은 전기가 흘러가는 통로인데, 마치 수돗물이 흘러가는 수도관과 같아요. 이렇게 우리가 주로 사용하는 전기는 물처럼 흐르는 전기인 ‘전류’에요. 전류 현상을 처음 밝혀낸 사람은 볼타랍니다. 볼타는 은판과 아연판을 알칼리 용액에 적신 솜으로 연결하여 세계 최초의 전지를 만들었어요.
전기를 잘 통하는 금속처럼 다른 물체도 전기가 잘 흐를까요?
볼타가 전지를 만들 때 사용한 은, 아연과 같은 금속은 전기가 잘 통하지만, 그렇지 않은 물질도 많아요. 금속과 같이 전기가 잘 통하는 물질을 ‘도체’라고 하고, 종이, 나무, 고무, 유리와 같이 전기가 잘 통하지 않는 물질은 ‘부도체’라고 합니다. 한편, 전기가 통하는 성질이 중간 정도 되는 물질도 있는데 이것을 반도체라고 해요. 평소에는 부도체로 있다가 열이 나 빛을 가하면 도체가 되는 신기한 물질이지요. 반도체에 많이 쓰이는 재료는 실리콘이에요.

반도체는 낮은 온도에서는 전기가 잘 통하지 않으나 높은 온도에서는 전기가 잘 통한답니다.
반도체는 전자제품에 중요한 부품으로 사용됩니다. 때문에 ‘마법의 돌’이라 부르기도 하지요. 그뿐만 아니라 컴퓨터, 로봇, 비행기, 자동차를 비롯하여 가정용 전기 기구 등에 반도체가 쓰이지 않는 곳이 없을 정도예요. 그래서 반도체를 흔히 '산업의 쌀'이라고 부르기도 합니다.

물체가 움직이다가 멈추는 이유는 무엇일까요? 바로 마찰력 때문입니다. 마찰력이란 한 물체가 다른 물체와 접촉한 상태에서 움직이려고 하거나 움직일 때, 그 물체의 움직임을 방해하는 힘이에요. 마찰력은 서로 닿는 면의 넓이와 매끄러운 정도 등에 영향을 받아요.

공이 바닥을 굴러갈 때도 마찰력이 발생하는데, 마찰력 때문에 공은 다시 힘을 가하지 않으면 계속 굴러가지 못하고 멈추게 됩니다. 바닥이 거칠수록 마찰력은 커지고, 바닥이 매끄러울수록 마찰력은 작아집니다. 예를 들어, 신발을 신고 길을 걸을 때에는 큰 불편함이 없지만 인라인스케이트를 신고 걷는 것이 어려운 이유도 바로 인라인스케이트가 신발보다 접촉한 면의 넓이가 훨씬 더 좁기 때문이에요. 얼음 위에서 걷기 힘든 것도 바로 마찰력 때문이지요. 얼음의 반질반질한 면은 울퉁불퉁한 길보다 마찰력이 작기 때문에 쉽게 미끄러진답니다. 또한 마찰력은 물체가 무거울수록 커져요.

만약 마찰력이 없어진다면 어떻게 될까요? 그렇게 되면 사람들은 걷지 못하고 제자리걸음만 하게 될 거예요. 그리고 자동차나 자전거를 타도 바퀴가 헛돌아 앞으로 나아갈 수 없지요. 또 물건을 붙잡을 수도 없어요. 손에서 미끄러져 떨어질 테니까 말이에요. 아울러 바이올린이나 첼로같이 현과 활의 마찰로 소리가 나는 현악기는 소리가 나지 않겠죠? 무엇보다 한 번 움직인 물체는 결코 멈추지 않을 거예요.

어느 누구도 바람 그 자체를 볼 수는 없어요. 그러나 바람을 느낄 수는 있지요. 왜냐하면 바람은 보트를 움직이게 하고, 나뭇가지를 흔들며, 뜨거운 여름날 우리의 얼굴을 시원하게 식혀 주기 때문이에요.

찬 바람이 몰아칠 때 창문이 살짝 열려 있으면 바람이 쌩쌩 소리를 내며 들어오는데 활짝 열어 젖힌 문으로 들어오는 바람보다 훨씬 더 차갑게 느껴져요. 이것은 바깥의 넓은 공간에서 좁은 창문 틈을 지나면서 안쪽과 바깥쪽 사이의 공기 속도 차이가 커지고 압력의 차이가 커져서 방 안으로 찬 공기가 빠르게 들어오기 때문이에요. 그래서 ‘바늘 구멍에 황소바람 들어간다’라는 말이 있어요. 바람이 많이 부는 날 문이 열려 있을 때 문이 저절로 세게 닫히는 경우가 있어요. 문이 닫히기 시작하면 문 틈이 점점 좁아져 공기의 속도가 빨라지고 압력의 차이가 심해져 더욱 문이 닫히는 쪽으로 공기가 흐르게 되어 큰 소리를 내며 문이 닫히게 되요. 빨리 달리는 차에 앉아서 창문을 열면 휴지나 비닐봉지가 날아다니다 결국 바깥으로 탈출하는 것도 이러한 원리에요. 이렇게 눈에 보이진 않지만 바람에게도 힘이 있어요. 가벼운 휴지나 비닐봉지뿐 아니라 나무나 집을 들어올릴 수 있고, 바위를 깎아내기도 해요.

정육면체는 크기가 같은 정사각형 모양의 면 6개로 둘러싸인 도형을 말해요. 우리 주변에서 정육면체를 흔히 찾아볼 수 있는데 그중 대표적인 것이 우리가 사용하는 주사위예요.

정육면체 모양의 블록에는 면, 모서리, 꼭짓점이 몇 개일까요? 정육면체는 직육면체와 마찬가지로 면, 모서리, 꼭짓점으로 구성되어 있어요. 그뿐만 아니라 직육면체와 면, 모서리, 꼭짓점의 개수가 모두 같아요.

수박은 원래 공 모양이에요. 그런데 정육면체 모양의 수박도 있다고요?
평범한 수박을 크기가 작을 때 정육면체 모양의 틀을 씌워 정육면체 모양으로 자라게 한 것이에요.
정육면체 모양의 수박은 운반할 때 굴러 떨어질 위험이 없고 차곡차곡 쌓을 수 있어 보관이 편하답니다.
하지만 재배 과정이 번거로워 우리가 흔히 볼 수 있는 건 아니지요.

우린 아침마다 벽에 걸린 거울을 보며 학교 갈 준비를 하지요. 치과용 거울이나 슈퍼마켓의 모서리 거울, 자동차의 백미러는 어떤가요. 모두 우리가 직접 볼 수 없는 부분을 잘 비춰 보는 데 쓰입니다.

그렇다면 거울로 물체를 볼 수 있는 이유는 무엇일까요? 거울에 의한 상을 볼 수 있는 것은 물체에서 나온 빛이 거울에서 반사되어 우리 눈에 들어오기 때문이에요. 옛날에는 은이나 청동의 표면을 매끈하게 갈아 광을 내서 썼는데요. 오늘날의 거울은 표면이 반들반들한 판유리의 뒷면에 수은을 칠하고, 그 위에 습기를 막기 위하여 연단을 칠한 것이에요. 물리 실험에 쓰는 거울은 유리 표면을 은으로 도금한 것이 많아요.

우리가 평소에 사용하는 거울은 대부분 평면거울이에요. 평면거울은 있는 모습 그대로 비춰 주죠. 하지만 거울의 종류에 따라 물체의 모습이 조금씩 다르게 비치기도 해요. 거울은 평면거울 외에도 오목 거울과 볼록 거울이 있어요.
오목 거울은 말 그대로 거울이 안쪽으로 둥그렇게 들어가 있어요. 가까이 있는 물체를 크게 보이게 하지요. 그래서 면도용 거울이나 화장용 거울, 손전등이나 현미경의 반사경으로 사용된답니다.
볼록 거울은 거울이 살짝 밖으로 둥그스름하게 나와 있어요. 가까이 있는 물체를 작게 보이게 하지요. 그래서 볼록 거울은 물체를 작게 보이게 해서 눈으로 볼 수 있는 시야를 넓게 해 주는 도난 방지용 거울이나 자동차의 후면경 등으로 편리하게 쓰인답니다.

사랑을 고백하는 빨간 장미, 싱그러운 초록의 나뭇잎, 파란 하늘, 노란 병아리 등 같은 햇빛을 받아도 왜 서로의 색깔은 다른 걸까요? 옛날 사람들은 물체마다 자신의 고유한 색깔을 가지고 있기 때문이라고 했어요. 하지만 뉴턴이 빛은 여러 가지 색깔이 혼합된 것이라는 것을 밝힌 이후로 사람들의 생각은 바뀌었답니다. 색깔은 물체가 가지고 있는 것이 아니라 바로 빛으로 인해 나타나는 거라고.

우리가 장미를 볼 수 있는 이유는 빛이 반사되기 때문이라고 했는데요. 만약 장미가 햇빛을 모두 반사했다면 흰색, 모두 흡수하였다면 우리 눈에 아무 빛도 들어오지 않으니까 검은색으로 나타날 거예요.
그런데 햇빛을 받아 장미가 빨간색으로 보이는 이유는 뭘까요? 그건, 장미가 햇빛을 이루는 다른 색깔의 빛은 모두 흡수하고 빨간빛만 반사했기 때문이랍니다. 이처럼 초록의 나뭇잎은 햇빛을 받아 초록색을 주로 반사하고, 노란 병아리 털은 주로 노란색을 반사하여 눈으로 보내는 거지요. 그래서 우리는 다양한 색깔을 가진 물체가 있다고 느끼는 거랍니다.

하지만 실제론 빨간 장미가 완벽하게 빨간색만 반사하는 것이 아니기 때문에 다른 색깔의 조명을 받으면 완전히 검은색이 되진 않아요. 그리고 빨간 장미도 햇빛이 아닌 백열등, 형광등, 네온등과 같이 다른 조명을 받으면 다른 느낌의 색깔로 변해요. 그래서 옷 가게의 인공조명, 정육점 진열대의 붉은빛 조명은 사물의 고유한 색깔보다 더 나은 느낌의 색을 유도하기 위한 수단이 되는 거지요. 이렇게 다양한 색깔은 그 물체가 자신의 고유한 색깔 빛은 반사하고 다른 색깔 빛은 흡수하기 때문에 나타난다고 할 수 있어요.

내가 슈퍼마켓에 가는 길 부모님이 슈퍼마켓에 가는 길이 혹시 같은가요? 슈퍼마켓에 바로 갈 수 있는 길도 있고, 제과점이나 문구점을 들렀다가 가는 길도 있어요. 우리 친구들은 어떤 길을 통해 슈퍼마켓에 갈 수 있을지 생각해봐요. 다른 곳을 들렀다 가는 길, 제일 먼 길, 가까운 길, 구불구불한 길, 어려운 길. 다양한 길이 나오지 않나요? 이처럼 같은 목적지라도 다양한 방법으로 길을 찾을 수 있어요. 부모님이 어떤 목적지에 가기 위해 내비게이션이나 휴대폰으로 검색하는 것을 본 적 있을 거예요. 검색결과를 보면 목적지는 같지만 다양한 방법이 나와요. 이렇게 어떤 일이 일어날 수 있는 경우의 가짓수를 경우의 수라고 불러요. 다양한 사물을 이용하여 몇 가지 경우의 길을 만들 수 있을지 체험해봅시다.

땅속에는 무엇이 있을까요? 우리가 사용하는 물, 전기, 가스 등이 이동하는 시설들이 묻혀있어요. 그리고 지하상가, 지하철 등 다양한 지하 구조물이 있어요. 땅속에서는 쥐, 두더지, 지렁이 등 다양한 생물들이 살고 있기도 하고 옛날에 사용했던 물건들이 발견되기도 해요.
왜 지하에 있을까요? 전기는 땅 속에 묻혀 있으면 비바람으로부터 보호 받을 수 있고 지하주차장은 땅 속에 자동차를 세울 공간을 만들어 땅 위 공간활용도를 높여줘요. 지하철은 열차가 땅속으로 지나가게 해서 땅 위의 소음을 줄이고, 교통을 원활하게 하는 효과가 있어요. 지하철을 이용하면 승용차를 이용할 때 보다 공해가 적고, 시간을 잘 지킬 수 있어서 우리나라의 대도시에는 지하철이 운행되고 있답니다. 지하철은 자동차처럼 길에서 막히는 일이 없이 정해진 시간표대로 움직이기 때문에 가고 싶은 곳까지 시간에 맞춰 갈 수 있어요.

소리는 어떻게 생겨날까요? 소리는 물체가 떨릴 때 생겨요. 바이올린을 켜면 아름다운 소리가 들리죠? 이것은 바이올린의 줄이 떨리기 때문에 나는 거예요. 그럼 목소리는 어떨까요? 목에 있는 성대(목청)의 떨림에 의해서 소리가 만들어집니다. ‘아아아’ 소리를 내면서 목에 손을 대보면 떨리는 것을 느낄 수 있지요. 이렇게 물체가 떨리는 현상을 ‘진동’이라고 해요.

소리는 어떻게 전달될까요? 물체가 떨려서 만들어진 소리를 우리는 어떻게 들을 수 있을까요? 먼저 소리를 들을 수 있는 귀가 있어야 해요. 그리고 소리를 전달해 줄 수 있는 공기가 있어야 해요. 공기가 없는 진공 상태에서는 아무리 고함을 쳐도 소리가 들리지 않아요. 그럼 공기가 소리를 어떻게 전달하는지 알아볼까요? 소리굽쇠를 두드리면 소리굽쇠가 진동을 하게 돼요. 소리굽쇠의 진동은 주위의 공기를 진동시키고, 진동된 공기는 옆의 공기를 진동시키고, 옆의 공기는 또 그 옆의 공기를 진동시켜요. 이렇게 공기는 도미노처럼 진동을 전달하여, 고막까지 떨리게 해 우리 귀까지 소리가 전달된답니다.

두 귀에 들리는 시간 차이와 소리의 세기 차이를 감지하여 음원의 위치를 파악할 수 있어요. 물체가 앞쪽으로 올수록 왼쪽과 오른쪽 귀에 도달하는 소리의 시간 차이는 줄어들고, 동시에 소리가 들린다면 그 물체는 정면에 있는 것이지요. 귀가 두 개이기 때문에 소리가 나는 곳을 잘 파악할 수 있겠죠?

지구상에 살고 있는 동물 종류의 수는 지금까지 알려진 동물은 약 170만 종이라고 해요. 그러나 아직 알려지지 않은 동물이 더 많습니다. 약 500만~3000만 종의 동물이 지구상에 살고 있을 것으로 짐작하고 있어요. 그런데 이런 동물들이 앞으로 20~30년 안에 이 동물 중에서 1/4 정도가 지구상에서 완전히 사라질 수도 있다고 해요. 그 까닭은 지구 온난화와 환경오염 등으로 동물의 서식지가 줄어들고 있기 때문이에요. 그리고 토종 동물이 다른 나라에서 들어온 동물과 벌이는 생존 경쟁에서 밀려나 사라지는 경우도 있기 때문이지요.

오늘날에는 동물이 멸종하는 것을 막기 위하여 세계 여러 나라에서 많은 노력을 하고 있어요. 각 나라는 점점 줄어드는 동물을 ‘멸종 위기 종’으로 지정하여 보호하기도 해요. 그렇다면 멸종 위기의 동물을 보호하는 가장 좋은 방법은 무엇일까요? 그것은 바로 우리가 동물에게 관심을 가지고 동물을 보살피며, 환경을 함부로 파괴하지 않고 깨끗하게 유지하는 것입니다.

수질 오염으로 인한 먹이의 부족, 하천의 개량 공사로 인한 서식지 파괴, 동물로부터 가죽을 얻기 위한 무분별한 포획 등으로 지금 이 순간에도 수많은 동물들이 삶의 터전을 잃어가고 있어요. 더 늦기 전에 멸종 위기 동물들을 보호하는 것은 물론, 함께 아름답게 공존할 수 있는 방법을 찾아야 하지 않을까요?

빛이 없다면 우리 생활은 어떻게 달라질까요? 또 빛이 있을 때에만 만들어지는 그림자는 빛의 어떤 성질 때문에 생기는 것일까요?
그림자는 물체가 빛을 가려서 그 물체의 뒤로 생기는 그늘을 말해요.
그림자가 생기는 까닭은 빛이 광원으로부터 사방으로 곧게 퍼져 나가기 때문이에요. 빛이 나아가는 중간에 불투명한 물체가 놓이면 빛은 물체에 막혀 더 이상 나아가지 못하게 돼요. 불투명한 물체 뒤에는 빛이 가지 못해서 그림자가 생기는 것이지요.

그림자가 어느 방향에 어떤 모양과 크기로 생길지를 결정하는 것도 바로 ‘빛’입니다. 빛을 어느 방향에서 비춰 주느냐에 따라 조금씩 다른 모양의 그림자가 생긴답니다.

빛은 곧바로 나아가는 성질이 있습니다. 깜깜한 밤에 휴대용 전등을 켜 보세요. 빛이 어떻게 나아가나요? 맞아요. 일직선으로 곧장 나갑니다. 구불거리거나 하지는 않아요. 이것을 ‘빛의 직진성’이라고 합니다. 이런 빛의 직진성을 이용하면 그림자가 어떤 모양으로 생길지를 미리 알 수 있답니다.

도시를 한번 둘러볼까요? 도시와 도시, 또는 도시와 촌락을 연결해 주는 역 주변 도로에는 자동차들이 정신없이 오가고 있어요. 시내 중심가에는 시청, 백화점, 극장 등 여러 시설이 모여 있고, 사람들은 높디높은 아파트에 모여 살며, 저마다 다른 직장에 다니고 있지요. 정말이지 도시엔 사람도 자동차도 건물도 직업의 종류도 모든 것이 무척 많아요.

도시는 어떻게 만들어졌을까요? 도시는 인구가 집중되고 경제, 행정, 문화, 교통이 발달한 곳을 말해요. 어떤 지역이 도시로 발달하게 될까요? 옛날의 도시들은 큰 강 주변의 평야 지역에서 많이 발달했어요. 강 주변은 교통이 편리하고 물이 풍부해 사람이 모여 살기 좋았기 때문이에요. 또 농사가 잘 되는 비옥한 강 주변의 평야엔 쓰고 남는 물건을 팔기 위한 시장도 많이 생겼고, 시장을 중심으로 사람들이 많이 모여서 도시가 커졌어요.

도시에 많은 사람이 모이면 사람들이 요구하는 것도 늘어나고, 사람들의 필요에 따라 다양한 시설들이 생기죠. 또한 이렇게 편리하고 다양한 시설들 때문에 더욱 많은 사람이 도시에 모여들게 된답니다. 많은 시설이 도시에 모여 있어서 생활은 편리하지요. 하지만 많은 사람들이 모여 생활하기 때문에 여러 가지 문제들도 생기고 있어요. 매연과 생활하수 때문에 생기는 환경 문제, 넘쳐나는 쓰레기 문제, 자동차가 너무 많아 생기는 교통 문제, 사람 수에 비해 부족한 집 때문에 생기는 주택 문제 등 도시 문제는 한두 가지가 아니랍니다.