아침부터 저녁까지 어디서나 마주치는 하루 과학

커피는 왜 마시기 직전에 분쇄해야 맛있을까?

왜 자동차 앞 유리는 쉽게 깨지지 않을까?

사우나에서는 왜 화상을 입지 않는 걸까?

화장실 물은 어떤 원리로 내려가는 걸까?

“스마트폰, 무선 마우스, 전자레인지 등

일상 속 익숙한 사물들에 관한 수수께끼를

과학적으로 풀어낸 책입니다.”

- 일본 ‘아마존’ 독자

“중학생, 고등학생 아이들이 즐겁게 읽더니,

과학 공부에 흥미를 가지기 시작했습니다.”

- 일본 ‘아마존’ 독자

살아가면서 한번쯤은 궁금해 했던

일상의 원리와 구조를 들여다볼 기회

아침에 일어나 밤에 잠들 때까지 우리는 과학 기술 덕분에 쾌적한 생활을 누린다. 하지만 우리가 사용하는 것들이 어떻게 이루어졌는지는 모르는 채로, 온오프 스위치를 누르며 편리한 기능을 사용하고 있다. 우리를 둘러싼 일상이 어떤 원리와 구조로 움직이는지 호기심을 가지고 들여다보면 평범한 생활이 한층 더 즐거워지지 않을까?

사실 우리는 매일매일 바뀌는 자연 현상 속에서 다양한 전자제품과 살고 있지만 그 원리에 대해서 생각해 보지 않는 경우가 대부분이다. 하루 24시간의 일상을 ‘과학’으로 풀어내는 『하루 과학』은 쉽게 접하고 사용하는 친근한 제품의 원리와 현상을 설명하여 세상과 우리를 이어준다. 볼펜에서부터 화장실까지 우리가 익숙하게 사용하는 것들의 안쪽을 들여다보는 기회를 주는 것이다.

‘과학의 눈’으로 바라보는 우리의 일상

- 나를 알아보는 카메라 렌즈

기억하고 싶은 순간을 빠르게 남기고자 할 때 우리는 카메라를 든다. 렌즈 안에 피사체를 담으면 렌즈는 우리의 얼굴을 찾아내고 화면 속 얼굴 부분이 사각형에 둘러싸인다. 이리저리 움직여도 사각형 밖으로 빠져나가는 것은 쉽지 않고, 아주 가끔은 엉뚱한 위치를 인식하기도 하지만 대개는 정확하다. 카메라는 어떻게 우리의 얼굴을 알아보는 걸까?

이미지 속에서 ‘얼굴’을 인식하는 기술 연구는 1970년대에 얼굴을 세로로 긴 동그라미 안에 눈이 두 개, 코가 하나, 입이 하나인 위치 관계를 찾는 보텀업(Bottom-up, 상향식) 방식으로 시작되었다. 증명사진처럼 정면으로 찍힌 얼굴은 보텀업 방식으로도 그럭저럭 인식할 수 있지만, 실제 사진에서는 옆을 향하고 있거나 고개를 숙이고 있는 경우도 드물지 않다. 안경을 쓰고 있을 때도 있지만 벗고 있을 때도 있고, 화장을 할 때나 맨얼굴일 때도 있다. 그래서 ‘피부색 인식’이나 ‘머리카락 분포’, ‘머리-목선-어깨 실루엣 인식’ 등 다양한 기술이 생겨났고 개선을 거듭했다.

2001년 미국 MIT의 비올라 박사와 존스 박사는 컴퓨터 통계학 연구를 통해 빠르고 정확하게 물체를 구분하는 방법을 발표했다. 간단히 말하면 대상물을 아주 작은 정사각형으로 나눈 후 각각을 조사하고 그 결과를 조합해 판정하는 것이다. 원래 이 연구는 사진이나 얼굴 인증과는 관련이 없었으나 이 연구 성과를 응용할 줄 아는 기술자가 있었다. 사람 얼굴도 똑같이 자세하게 조사하면 구분되는 게 아닐까 생각한 것이다. 먼저 얼굴 이미지 자체를 학습시킨 후 ‘비올라 존스 안면인식법’을 응용하여 단순하게 처리하고, 고속으로 정확도 높은 학습기법을 적용하여 충분히 실용성을 유지하는 기술을 개발해냈다. 오늘날 많은 회사에서 이 기술을 기반으로 얼굴 인식 서비스를 제공하고 있다.

- 실패한 발명에서 탄생한 포스트잇

우리가 언제, 어디서나 편리하게 사용하는 포스트잇은 원래 실패한 발명품이었다. 1970년 3M사의 연구원 스펜서 실버는 강력 접착제를 개발하던 중 실수로 접착력이 약하고 끈적임이 없는 접착제를 만들게 되었다. 실버는 회사 기술 세미나에서 이 제품을 보고했고, 5년 뒤 같은 회사 연구원 아서 프라이가 이 접착제를 이용해 잘 붙지만 동시에 잘 떨어지기도 하는 메모지, 즉 포스트잇을 개발했다. 이후 포스트잇은 ‘20세기 10대 히트상품’으로 불릴 만큼 세계적인 인기를 끈 발명품이 되었다.

그런데 포스트잇에 사용된 접착제는 어떤 원리로 확실히 붙으면서도 떨어질 때는 쉽게 떨어지는 걸까? 주성분이 아크릴이라는 점은 일반 접착제와 동일하지만, 포스트잇은 접착제의 ‘모양’을 구형이나 반구형으로 고안했다. 일반 접착제에는 특정한 모양이 필요 없지만 포스트잇에 쓰인 접착제는 구형이나 반구형이므로 붙일 때 면이 아닌 점으로 붙는다. 이 상태에서 접착면을 누르면 접촉 면적이 늘어나 강하게 붙고 떼어내면 접착제의 모양이 구형으로 돌아와 쉽게 떼어지게 되는 것이다.

『하루 과학』은 이렇게 ‘우리가 무심코 흘려보내는 일상 속 어디에나 과학이 깃들어 있다’고 말한다. 사물을 ‘과학의 눈’으로 바라보면 아침에 일어나서 밤에 잠들기까지 우리의 하루를 과학이 다방면으로 떠받치고 있다는 사실을 알게 된다.

이 책은 과학을 잘 알지는 못해도 흥미는 있는 사람, 주변에서 일어나는 자연 현상이나 늘 사용하는 제품의 원리와 구조를 알고 싶은 사람, 그림을 통해 과학을 보다 쉽게 이해하고 싶은 사람을 위해 복잡하고 어려운 과학이 아닌 ‘가장 현실적인’ 과학 이야기를 들려준다.

지은이 : 사마키 다케오

일본 치바대학 교육학부를 졸업하고 도쿄 가쿠게이대학 대학원 교육학 연구과(물리화학 전공) 석사과정을 수료했다. 이후 도쿄대학 교육학부 부속고등학교, 도시샤여자대학 교수, 호세이대학 생명과학부 환경응용화학과 교수를 거쳐 현재는 도쿄대학 강사로 재직 중이다. 과학 잡지 『Rika Tan』의 편집장이며 중학교 과학 교과서의 편집위원이자 집필진이기도 하다. 지은 책으로는 『세상을 놀라게 한 미생물과 감염병 이야기』, 『과학이 재밌어지는 아주 친절한 과학책』, 『가볍게 읽는 기초화학』, 『처음부터 과학이 이렇게 쉬웠다면』, 『과알못도 빠져드는 3시간 과학』, 『머릿속에 쏙쏙! 물리 노트』, 『머릿속에 쏙쏙! 미생물 노트』, 『재밌어서 밤새 읽는 이야기』 시리즈 등 다수가 있다.

옮긴이 : 김선숙

대학에서 일문학을, 대학원에서 경제학을 공부한 후 잡지사와 출판사에서 오랫동안 편집자로 일했다. 지금은 그동안 쌓은 경험을 바탕으로 출판기획자로 활동하면서 삶을 변화시키고 새로운 세상을 열어주는 책을 찾아 우리말로 옮기고 있다. 옮긴 책으로는 『과학의 대이론』, 『싸우는 식물』, 『통계학 도감』, 『만화로 쉽게 배우는 면역학』 등이 있다.

감수 류성철

서울대학교 물리학과를 졸업하고 SBS 호기심천국 방송 출연 및 과학 프로그램을 기획했다. 과학기술부 과학교육발전위원회 연구위원, 서울중등과학 실험놀이교육연구회 회장, 신나는 과학을 만드는 사람들 대표를 역임했으며, 현재 전국과학교사협회(사단법인 과학교사 과학문화협회) 사무국장을 맡고 있다.

들어가며

제1장 오전에 마주치는 과학

01 전파시계는 어떻게 집에서도 정확한 시각을 알려주는 걸까?

02 수세식 화장실에 쓰이는 ‘사이펀의 원리’란?

03 전자레인지는 음식물 속 수분을 어떻게 데우는 걸까?

04 된장국을 그대로 두면 생기는 육각형 모양은 무엇일까?

05 커피는 왜 마시기 직전에 분쇄해야 맛있을까?

06 스마트폰이나 스마트 스피커는 어떻게 사람의 말을 알아들을까?

07 마스크는 어떻게 바이러스를 차단할 수 있을까?

08 수돗물은 마시기에 안전할까?

09 발열내의가 따뜻한 이유는 뭘까?

10 지하철 개찰구는 어떻게 자동으로 개찰이 되는 걸까?

11 철도는 어떻게 스케줄을 소화하며 매일 운행하는 걸까?

12 얼굴 인증할 때 어디를 보고 본인 여부를 판단하는 걸까?

COLUMN 1 학교 교육과 환경 활동에 파고든 EM균

제2장 오후에 마주치는 과학

13 비행기는 어떻게 하늘을 나는 걸까?

14 시야가 흐릿해도 여객기가 안전하게 착륙할 수 있는 이유는 뭘까?

15 휴대전화 음성은 진짜 목소리가 아니라고?

16 인터넷에서 사용되는 광섬유의 구조는?

17 무선 마우스는 어떻게 자유자재로 움직이는 걸까?

18 포스트잇은 어떻게 뗐다 붙였다 할 수 있을까?

19 지울 수 있는 볼펜의 구조는?

20 회사 화장실은 왜 물이 저절로 흐를까?

21 레이저 포인터에서 나오는 레이저광은 어떤 빛일까?

22 실외에서 햇빛을 받으면 안경이 선글라스가 된다고?

23 땅거울이 보이는 이유는?

24 생체인증은 과연 안전할까?

25 요즘은 왜 슬림형 자동차용 신호등이 증가하는 걸까?

26 고층 건물 유리창은 왜 거울처럼 보일까?

27 왜 자동차 앞 유리는 쉽게 깨지지 않을까?

28 에어컨에 사용되는 열펌프는 무엇일까?

29 엘리베이터가 추락해도 잘 뛰면 살 수 있다고?

COLUMN 2 유제품은 장을 나쁘게 한다는 우유 유해설의 진실

COLUMN 3 전자레인지는 ‘음식물을 변질시키기 때문에 유해하다’?

제3장 저녁에 마주치는 과학

30 술을 마시면 몸 안에서는 어떤 반응이 일어날까?

31 형광봉을 접으면 왜 밝게 빛을 낼까?

32 자양강장제나 에너지음료를 마시면 정말 건강해질까?

33 불꽃놀이에서는 어떻게 여러 가지 색을 표현하는 걸까?

34 CD 음질이 레코드 음질보다 못할 수 있을까?

35 등유가 휘발유만큼 위험하지 않은 이유는 뭘까?

36 폴리곤은 왜 삼각형의 조합으로 표현될까?

37 왜 스마트폰은 뜨거워질까?

38 변화구는 왜 휘는 걸까?

39 소리는 왜 낮보다 밤에 잘 들릴까?

40 물로 굽는 조리기구 구조는?

41 걸으면 달이 따라오는 이유는?

42 광원이 없는데도 장시간 발광하는 시계의 문자판 구조는?

43 화창한 밤 새벽에는 왜 추운 걸까?

COLUMN 4 성분 분자가 ‘1개도 남지 않을 정도로 희석’하는 동종요법

제4장 아직도 있다! 생활 속 과학

44 리튬이온 전지가 최근 주목받는 이유는 뭘까?

45 가볍고 강한 탄소섬유에는 어떤 비밀이 있을까?

46 사우나에서는 왜 화상을 입지 않는 걸까?

47 자연계의 미생물로 분해되기 쉬운 것은 비누일까? 합성세제일까?

48 왜 방귀에 불이 붙는 걸까?

49 코로나19 바이러스 감염 여부를 측정하는 PCR 검사란?

50 도시광산이란 어디에 있는 광산을 말하는 걸까?

51 제트 여객기 산소마스크는 산소를 만든다고?

52 왜 각성제에 손을 대면 그만두지 못할까?

53 번개는 왜 떨어지는 걸까?

COLUMN 5 ‘활성산소를 제거한다’는 이유로 붐을 일으킨 수소수

COLUMN 6 게르마늄이나 티타늄 팔찌가 피로를 풀어주지는 못한다

마치며

주요 참고 문헌

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집필진