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치타는 어떻게 그렇게 빨리 달릴까? 치타가 시속 100km 넘게 달릴 수 있는 것은 몸 전체가 짧은 거리의 전력 질주에 맞춰 만들어졌기 때문이다. 척추가 활처럼 휘었다 펴지며 한 걸음에 7m를 뛰고, 1초에 네 걸음을 내디디며, 출발 3초 만에 시속 100km에 이른다. 스포츠카보다 빠른 가속이다. 대신 이 속도는 20초에서 30초, 거리로 400m 안팎밖에 못 가고 그 뒤에는 체온이 40도 넘게 올라 멈춰야 한다. 속도의 비밀은 척추에 있다. 치타의 등뼈는 다른 고양잇과보다 길고 유연해 달릴 때 몸을 둥글게 말았다 길게 펴는데, 이 움직임이 보폭을 다리 길이의 두 배 이상으로 늘린다. 몸을 말 때 뒷다리가 앞다리보다 앞으로 나가고 펼 때 네 다리가 모두 공중에 뜨는 순간이 한 걸음에 두 번 생긴다. 어깨뼈가 몸통에 붙어 있지 않고 근육으.. 더보기
간헐천은 왜 일정한 간격으로 물을 뿜을까? 간헐천이 일정한 간격으로 뜨거운 물을 뿜는 것은 땅속 좁은 통로에 물이 차고 끓어 터지기까지의 과정이 매번 같은 시간이 걸리기 때문이다. 지하의 마그마에 데워진 바위 틈으로 지하수가 스며들어 고이고, 그 물이 끓는점에 이르러 한꺼번에 수증기로 바뀌며 위의 물을 밀어 올리는데, 다시 물이 차서 같은 온도에 이르는 데 걸리는 시간이 일정하니 분출 간격도 일정하다. 미국 옐로스톤의 올드페이스풀은 60분에서 90분마다 30m 넘게 물을 뿜는다. 원리의 핵심은 압력이다. 땅속 깊은 곳의 물은 위에 쌓인 물의 무게에 눌려 100도가 넘어도 끓지 않고 액체로 머문다. 그러다 통로 위쪽의 물이 조금 끓어 넘치면서 무게가 줄어들면 아래쪽 물의 끓는점이 갑자기 낮아져 순식간에 수증기로 바뀐다. 수증기는 물보다 부피가 1,.. 더보기
토성의 고리는 왜 생겼을까? 토성은 망원경으로 보면 몸통 둘레에 납작한 고리를 두르고 있어 행성 가운데 가장 눈에 띈다. 토성의 고리는 단단한 판이 아니라 수조 개의 얼음 조각이 토성 둘레를 각자 돌고 있는 것이다. 조각은 먼지 알갱이만 한 것부터 집채만 한 것까지 다양하고 대부분이 물 얼음이라 햇빛을 잘 반사해 밝게 보인다. 고리는 지름이 28만 킬로미터로 지구와 달 사이 거리의 3분의 2에 이르지만 두께는 대부분 10미터에서 100미터밖에 안 된다. 종이 한 장을 운동장만 하게 펼친 셈이라 토성이 고리를 옆으로 보이게 기울면 지구에서는 고리가 사라진 것처럼 보인다. 얼음 조각이 납작한 원반을 이루는 것은 토성 주위를 도는 동안 서로 부딪히며 위아래 움직임이 사라지고 같은 평면에 모이기 때문이다. 고리가 생긴 까닭으로는 토성에 너.. 더보기
호루라기 안에는 왜 작은 공이 들어 있을까? 심판이 부는 호루라기를 흔들면 안에서 작은 공이 달그락거린다. 공이 없어도 소리는 나는데 굳이 넣어 둔 것은, 공이 바람길을 빠르게 막았다 열었다 하면서 소리를 떨리게 만들어 더 날카롭고 멀리 퍼지며 사람 귀에 잘 꽂히게 하기 때문이다. 공 없는 호루라기는 삐 하고 고른 소리가 나지만 공이 든 호루라기는 삐르르 하고 떨리는 소리가 난다. 호루라기의 기본은 공기가 좁은 틈을 지나 날카로운 모서리에 부딪히는 것이다. 입으로 분 공기가 좁은 통로를 지나 안쪽 모서리에 닿으면 공기가 모서리 위아래로 번갈아 갈라지며 규칙적인 떨림이 생기고, 이 떨림이 호루라기 통 안의 빈 공간과 공명해 한 음이 된다. 통이 작을수록 높은 소리, 클수록 낮은 소리다. 여기에 공을 넣으면 공이 바람에 밀려 통 안을 빙글빙글 돈다. .. 더보기
불가사리는 팔이 잘려도 왜 다시 자랄까? 불가사리는 팔이 하나 잘려도 몇 달 안에 새 팔이 자라고, 어떤 종은 잘린 팔 하나에서 몸통 전체가 다시 생긴다. 사람은 손가락 끝조차 재생하지 못하는데 불가사리가 이렇게 할 수 있는 것은 몸 곳곳에 어떤 조직으로든 바뀔 수 있는 줄기세포가 흩어져 있고, 중요한 기관이 한곳에 모여 있지 않아 어느 부분이 잘려도 살아남아 재생을 시작할 수 있기 때문이다. 불가사리의 몸은 가운데 원판과 그 둘레의 팔로 되어 있는데, 입과 위는 원판에 있지만 신경과 물관, 생식소, 소화샘은 팔마다 들어 있다. 팔 하나하나가 몸의 축소판에 가까워서 팔이 떨어져도 그 안에 살아갈 장치가 남아 있다. 사람처럼 심장이나 뇌가 한 자리에 있는 동물은 그 부분을 잃으면 끝이지만 불가사리는 그런 급소가 없다. 재생의 주역은 줄기세포다. .. 더보기
요구르트는 왜 시큼할까? 우유는 밍밍하고 고소한데 같은 우유로 만든 요구르트는 혀끝이 찌릿할 만큼 시큼하다. 요구르트가 신 것은 우유에 넣은 유산균이 우유의 당분인 젖당을 먹고 젖산을 만들어 내기 때문이다. 젖산이 쌓이면 우유가 산성으로 기울면서 신맛이 나고, 단백질이 엉겨 걸쭉하게 굳는 것까지 한꺼번에 일어난다. 유산균은 산소 없이도 살 수 있는 세균으로 당을 먹어 에너지를 얻고 그 찌꺼기로 젖산을 내놓는다. 따뜻한 우유에 유산균을 넣고 40도 안팎에서 몇 시간 두면 균이 빠르게 늘어나며 젖당을 분해하고, 처음 거의 중성이던 우유의 산도가 레몬즙 근처까지 내려간다. 이때 혀가 느끼는 것이 젖산의 신맛이다. 산이 쌓이면 우유 속 카제인 단백질에 변화가 생긴다. 평소에는 작은 알갱이로 흩어져 있던 단백질이 산성이 되면 서로 뭉쳐 .. 더보기
콘센트 구멍은 왜 두 개일까? 벽에 붙은 콘센트를 보면 구멍이 둥글게 두 개 뚫려 있고 플러그에도 핀이 두 개다. 전기가 한 줄로 들어오는 것이라면 구멍 하나면 될 것 같은데 두 개인 것은, 전기가 흐르려면 들어오는 길과 나가는 길이 한 바퀴로 이어져야 하기 때문이다. 물이 호스 한 쪽으로 들어가 다른 쪽으로 나와야 흐르듯, 전기도 전원에서 기기를 거쳐 다시 전원으로 돌아가는 닫힌 길이 있어야 흐른다. 이 닫힌 길을 회로라고 한다. 발전소에서 온 전기는 집 안 전선 두 가닥을 통해 콘센트까지 오고, 플러그를 꽂으면 한 핀으로 들어간 전기가 기기 안을 돌아 다른 핀으로 나와 전선을 타고 되돌아간다. 둘 중 하나라도 끊기면 전기는 흐르지 않아서, 플러그가 반만 꽂혀 있으면 기기가 켜지지 않는 것이다. 우리나라 가정용 전기는 교류라서 두 .. 더보기
오래 앉았다 일어나면 왜 눈앞이 캄캄해질까? 바닥에 오래 앉아 있다가 벌떡 일어나면 순간 눈앞이 캄캄해지고 휘청한다. 일어서는 순간 피가 중력에 끌려 다리 쪽으로 쏠리는데, 심장과 혈관이 그 변화를 따라잡아 머리로 피를 다시 올려보내기까지 몇 초가 걸려 그 사이 뇌와 눈에 피가 잠깐 모자라기 때문이다. 앉거나 누워 있을 때는 몸이 수평에 가까워 피를 머리까지 올리는 데 큰 힘이 안 든다. 그런데 갑자기 서면 피의 절반 가까이가 다리와 배 쪽 혈관으로 내려앉고, 위쪽 혈압이 순간 떨어진다. 목과 심장의 압력 감지기가 이것을 알아채 심장을 빨리 뛰게 하고 다리 혈관을 조여 피를 위로 밀어 올리는데, 이 조정에 몇 초가 걸린다. 그 몇 초 동안 눈의 망막은 피가 모자라 시야가 어두워지거나 별이 보이고, 뇌는 어지럼을 느낀다. 이것을 기립성 저혈압이라 하.. 더보기

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