|
육각형 구조는 공학을 모르는 사람에게도 튼튼한 구조로 보이는데, 실제로도 그렇다. 육각형 구조는 무게 대비 강도가 가장 높다. 이러한 구조를 벌집 이름에서 빌려와 하니콤 구조라고 부르고, 경량이면서도 높은 강도가 필요한 각종 구조물에 이용하고 있다. 예를 들어, 비행기 날개의 내부에 하니콤 구조를 설치해 비행기의 날개가 큰 양력을 받을 때 너무 많이 휘어지지 않도록 굽힘 강성을 부여한다.
제1장_육각형 집
동물이 내는 소리는 동료들 사이의 의사 교환에 필요할뿐더러 먹잇감을 구하는 데에도 유용하다. 마치 메아리처럼 자신이 발생한 음파가 먹이에 충돌해 되돌아오는 것을 잡아내면 상대방의 위치를 알아낼 수 있다. 이러한 방법을 반향정위라고 한다. 신체의 일부분을 사용해 떨림을 만들고, 상대방으로부터 반향된 음파를 분석하는 것이다. 그러니까 떨림과 반향은 어느 동물들에게는 매우 중요한 물리적 현상이다.
제4장_소리로 이미지 그리기
물질은 표면의 극성에 따라 친수성 물질과 소수성 물질로 구별된다. 친수성은 물 분자에 끌려서 물에 용해되는 성질이고, 소수성은 물에 끌리지 않으며 물에 반발하는 성질이다. 극성이 강한 물질은 같은 극성 물질인 물에 이끌려서 친수성 물질이다. 극성 물질끼리 접촉하면 서로 다른 전하 사이에 정전기적 인력이 작용해 서로 ‘친한’ 물질이 되는 것이다. 이와 반대로 소수성은 극성이 낮아서 물과 친하지 않다. 여기서 연잎의 표면은 소수성임을 유추할 수 있다.
제5장_물방울 굴리기
모세관 힘 또는 반데르발스 힘이 접착력에 미치는 영향을 어떻게 확인할까? 앞 장에서 분자간 힘에 대해 알아보았다. 분자간 힘을 일으키는 보편적인 원천은 물질을 구성하는 원자나 분자 사이에 발생하는 전하 불균형이다. 영구 쌍극자는 특수한 조건에서 나타나는 반면에, 유도 쌍극자는 정도의 차이가 있을지언정 언제든 일어날 수 있다. 물질 내에서 전하가 분리되는 정도를 분극률이라고 하고, 재료가 가지는 총 분극을 측정한 거시적인 값을 유전율이라고 한다. 분극률이 클수록 유도 쌍극자가 발생할 확률이 높고, 반데르발스 힘이 강해진다.
제6장_끈끈이
북극곰의 털이 가지는 보온 메커니즘은 이것뿐이 아니다. 각질층은 빛을 산란시킬 뿐만 아니라 빛을 흡수해 냉광이라는 현상을 일으킨다. 물질이 빛 에너지를 흡수하면 낮은 에너지에 놓여 있던 전자가 더 높은 에너지 상태로 옮겨간다. 이를 여기라고 한다. 여기된 전자 입장에서 보면 더 낮은 에너지 상태가 비어 있으므로 다시 원래 상태로 되돌아가게 되는데, 이때 낮아지는 만큼의 에너지를 방출하게 된다. 이 과정이 반복되면서 태양광이 가진 에너지의 일부가 털에 흡수된다.
제8장_투명 털옷
박쥐의 얇은 날개를 자세히 들여다보면 가는 주름으로 덮여 있다. 날개에 표시된 가는 선들은 단백질의 일종인 엘라스틴 섬유질 근육이다. 엘라스틴 섬유는 무작위로 배열된 조금 더 딱딱한 콜라겐 섬유질 기지에 박혀 있다. 박쥐 날개의 뛰어난 신축성은 바로 이와 같은 이중 조직에 기인한다. 날개의 재질은 곤충 날개의 큐티클이나 조류 깃털의 케라틴보다 훨씬 유연하다. 멤브레인의 두께는 130~300마이크로미터이며, 다른 포유류의 피부보다 월등히 얇다. 엘라스틴 섬유는 콜라겐 기지를 잡아주는 역할을 한다. 날개가 접혀 있을 때 표면에는 잔주름이 접힌다. 날개를 펴면 엘라스틴 섬유가 활짝 펴지면서 주름이 없어지고, 그 사이의 콜라겐 기지는 팽팽해져서 비행에 필요한 강성을 얻는다.
제9장_윙슈트
이제부터 진주가 만들어지는 과정을 들여다보자. 먼저 두꺼운 조개껍데기를 골라 정육면체에 가까운 형태로 절단한 후 이를 구형으로 깎아낸다. 이것을 비드 핵이라고 하며, 조개 내에 이식하면 조개가 이물질로 인식하게 된다. 비드 핵을 넣어서 맨틀 조직에 있는 외투막 세포와 결합시킨다. 이식 단계에서 실패하면 진주는 성장하지 못한다. 이후 진주 주머니가 생성되어 비드 주위를 둘러싸게 되는데, 주머니 안에서 탄산칼슘과 단백질이 분비되어 결정 성장을 일으킨다. 이때 형성되는 탄산칼슘 결정은 아라고나이트 상이다. 아라고나이트의 결정 구조는 사방정계이므로 각이 진 모양이다. 가는 침상 형태의 결정들이 여러 번에 걸쳐 쌍정을 이루면서 육각형과 유사한 모습으로 성장한다. 아라고나이트 결정들이 비드 핵의 표면에 차곡차곡 붙어서 진주가 성장하게 된다.
제10장_얼어붙은 눈물
|
