평소 우리 생활 속에서 큰 고민 없이 받아들였던 사실들에 대해 의문을 품어보신 적 있는지. 알고 보면 이 모든 게 과학적인 근거에 의해서 나타나는 현상인데 신기한 생활 속 과학원리를 알아보자.
▶ 잠이 오거나 졸리면 왜 눈을 비비게 될까?
보통 졸리면 하품을 하거나 눈을 비비게 된다. 특히 아이들이 눈을 비비면 졸린다는 표시라고 하는데 졸리면 왜 눈을 비비게 되는 것에도 과학원리가 숨어있다.
졸리기 시작하면 손과 발이 따뜻해져 온다. 이는 혈액을 손과 발의 피부 표면 가까이 집결시켜 혈액 속의 열이 방출되고 체온을 떨어뜨리는 작용이 일어나기 때문이다. 결국, 잠을 자고 있을 때는 남아 있는 에너지를 사용하지 않도록 체온을 저하해 대사를 억제할 필요가 있기 때문에 일시적으로 손과 발이 따뜻해지는 것이다.
이렇게 혈액이 피부에 집결하는 현상이 눈 주변에서 일어나면 눈물샘 조직의 활동이 둔화하고 눈물의 생산량이 감소한다. 그래서 눈을 자주 깜박이게 되고 자꾸 비비고 싶어지는데 바로 지금은 자야 할 때라는 것을 알려주는 신체의 신호이다.
▶ 추우면 왜 몸을 덜덜 떨게 될까?
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날씨가 추워지면 사람들은 추위에 반응하는 갖가지 신체적 변화가 있다. 소변이 자주 마렵다거나 코가 빨개지는 등 개인마다 차이가 있는데, 그 중 대표적인 것이 몸이 떨리는 것이다. 입술도 떨리고, 턱이 덜덜 떨리고, 다리도 떨리고, 온몸을 유난스레 떠는 떨림까지 다양한데 왜 이런 떨림이 나타나는 걸까?
사람은 약 36.5도의 일정한 체온을 유지하기 위해 체내에서 열을 발생시킨다. 이 열의 일부는 체온을 유지하는 데 사용하고, 나머지 일부는 피부 표면을 통해 방출된다. 우리가 쾌적함을 느낄 때에는 체내에서 생성되는 열과 표면에서 방출되는 열의 양이 같을 때이다. 즉 추위를 느낄 정도라면 체내에서 생성되는 열보다 방출되는 열이 많을 때라는 것이다.
체온이 정상보다 낮아지면 인체 내부는 몸이 느끼는 추위를 몰아내기 위해 열을 발생시키거나 열 방출량을 최소화하는 작업에 들어간다. 체온조절은 간뇌의 시상하부가 담당하는데, 낮아진 온도를 피부감각 점이 느끼면 간뇌의 시상하부는 뇌하수체 전엽을 자극한다. 뇌하수체 전엽은 부신피질자극호르몬과 갑상선자극호르몬을 분비해 부신피질에서는 당질코르티코이드를, 갑상샘에서는 티록신을 분비하게 한다. 당질코르티코이드와 티록신은 간과 근육에 작용해 물질대사를 촉진하여 열 발생량을 증가시키는 물질로 이들은 골격근을 수축해 인체의 ‘전율’을 주도함으로써 열 발생량을 증가시킨다.
이 밖에도 열의 방출을 감소시키기 위한 작업으로 피부와 피부혈관이 수축하고 털이 곧게 서게 된다. 추울 때 노출 면적을 감소시키기 위해 웅크리는 것도 추위에 대응하기 위한 하나의 행동이다. 무의식적인 근육 운동과 떨림은 평상시의 4배까지 열을 생산할 수 있다. 즉 떨림을 이용해 체온을 높이는 것은 추위를 이겨내기 위한 너무나 자연스러운 대응이다.
▶ 자동문에 접근했을 때 문이 열리는 원리는?
우리가 편리하게 사용하는 자동문이 저절로 열리게 되기까지는 과학자들의 오랜 연구 결과인데 세슘이나 루비듐, 나트륨, 칼륨 등의 금속은 빛을 받으면 전자를 방출한다. 전자는 마이너스에 대전한 조그만 소립자이고 이들 금속 곁에 플러스에 대전한 전극을 두면 전자가 이에 끌려 미미한 전류가 흐르게 된다. 이러한 짜임새를 그대로 진공의 구 속안에서 조립한 것을 ‘광전관’이라고 한다.
광전관의 절반은 빛을 느낄 줄 아는 물질에 덮여 있고 다른 절반은 투명하게 되어 있다. 외부에서 빛이 들어오면 빛을 느끼는 부분에 닿아 전류가 흐르게 되고 이 전류는 광전관의 중심부에 있는 소용돌이 모양을 한 구리의 양극으로 흐른다. 양극은 전자를 효율적으로 끌어들이는 구조이다.
여기서 흐르는 전류는 아주 미약하지만 증폭기를 사용하여 증폭시키면 문의 모터에 신호를 보낼 수는 있다. 빛의 광원은 통로 한쪽 옆면에 세트하고 이를 마주 보는 반대쪽 벽에 광전관을 놓고 빛이 통로를 직각으로 가로질러 가도록 하면, 광원에서 나온 빛이 광전관에 가 있을 동안은 문이 닫혀있도록 하는 것은 간단하다. 만일 누군가 걸어와 이 빛의 광원을 막으면 광전관의 명령으로 문의 모터가 시동 되어 저절로 문이 열리게 된다. 요즘은 세슘 광전관이 아니라 셀레늄화 카드뮴 등을 이용한 광센서가 많이 사용되고 있다.
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