[칼럼][독서 배경 지식은 이걸로 끝] - 7일차

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*지문을 첨부하는 이유는 제가 설명한 것을 바탕으로 글을 읽어보고 싶어 하는 분들이 계시기 때문입니다. 문제 해설까지 올리면 말 그대로 공부하는 기분이 들 텐데, 저는 그런 걸 원하지 않습니다.*

 안녕하세요. 독서 배경 지식을 간단하게 쌓을 수 있는 칼럼 2주 1일차입니다.

 보고 나서 잊어버려도 수능 때 분명히 도움을 줄 것이라고 확신하며, 조금이라도 기억하려고 노력하면 정말 큰 보상으로 돌아올 겁니다. 제가 터득한 방법을 간단하게 바꾼 것뿐이니까요.

 독서 배경 지식 쌓기 2주 1일차의 주제는

 폐포의 안정 상태가 유지되는 원리입니다. 과학 지문이고, 학생들이 어려워하는 비례 관계가 많이 나옵니다. 어떻게 하면 비례 관계가 제시되었을 때 당황하지 않을 수 있는지를 중심으로 설명하려 합니다.  어려운 지문을 이틀 올리고 하루 정도는 쉬어갈 수 있는 수준의 지문을 가져오는 식으로 계획하고 있습니다.

 만약 문장을 떠올리며 고민하기도 귀찮으시면

신전성과 표면장력이 무슨 뜻인지, 폐포 내 공기압 / 표면 장력 / 폐포의 직경 사이의 비례 관계가 어떻게 되는지만 기억해주시면 됩니다.

1. 인간의 폐는 쉽게 늘어날 수 있는 성질인 신전성이 있다. 폐의 신전성이 클수록 폐가 잘 늘어나므로 호흡근이 쓰는 에너지 양은 줄어든다. 

1-1. 폐가 잘 늘어나니까 근육이 크게 힘을 쓰지 않아도 알아서 팽창할 테니, 숨을 쉬는데 필요한 호흡근의 역할이 당연히 줄어들 수밖에 없다. 

2. 폐의 신전성은 표면 장력과도 관련이 있다. 표면 장력은 액체의 표면이 스스로 수축하여 가능한 작은 면적을 취하려는 힘이다. 폐포 내의 표면은 얇은 액체층으로 이루어져 있으며, 액체층의 물 분자 사이에서 일어나는 수소 결합은 물 분자를 서로 끌어당겨 동그란 물방울을 형성하게 한다. 즉 표면 장력이 작용하도록 만든다.

2-1. 폐포는 폐의 공기주머니이다. 그리고 표면 장력은 '표면이 수축하려는 성질'이라고 생각해도 괜찮다. 물컵에 물을 가득 따르면 물의 표면이 동그랗게 형성되어, 그 한계치를 넘기 전까지는 물이 흘러 넘치지 않는 것을 본 적이 있을 것이다. 이런 경험을 떠올려 보면 표면 장력을 이해하는 데 도움이 된다. 

3. 2에서 말한 것처럼 수소 결합으로 폐포 내 액체증에서 표면 장력을 형성한다면, 수축하려는 힘 때문에 폐포가 오그라드는 일은 없을까? 우리는 팽팽한 풍선을 손으로 누르면 내부의 압력이 증가한다는 사실을 알고 있다. (세게 누르면 풍선이 터지는 이유도 내부의 압력이 과하게 늘어나서 그런 것이다.) 즉, 내부에 있는 액체층이 가진 표면 장력의 영향으로 폐포가 수축하려 하면, 그에 대응하여 폐포 내 압력도 증가한다. 따라서 폐포는 붕괴되지 않는다.

3-1. 표면 장력으로 수축하는 힘이 50인데 그에 따라 폐포 내 압력도 50이 된다면 안정 상태가 유지되는 게 당연하다.

4. 폐포 벽에 있는 세포에서는 '계면 활성제'를 분비하는데, 이는 신전성과 관련이 있다. 계면 활성제는 수소 결합을 방해한다. 즉, 계면 활성제가 표면 장력을 감소하게 만들고, 수축하려는 힘인 표면 장력이 감소했으니 쉽게 늘어나려는 성질인 신전성은 당연히 증가한다.

5. 폐포가 구형이라고 가정하면 폐포의 붕괴를 막는데 필요한 내부 압력은 표면 장력에 비례하고 폐포의 직경에 반비례한다.

5-1. 표면 장력이 클수록 내부에서 밀어내는 힘도 커야 한다. 또한 폐포의 직경이 작을수록 (가해지는 압력이 클 테니) 내부 압력은 커야 한다.

(직경과 관련된 이야기는 제시되지 않았으니 폐포의 직경이 작을수록 가해지는 압력이 클 것이라고 추론할 수 있어야 함)

6. 폐포는 폐의 공기주머니라고 했는데, 크기가 다른 폐포들을 안정 상태로 유지하기 위해 계면 활성제가 존재한다. 숨을 들이마시고 내쉴 때 마지막 시점의 내부 압력은 모든 폐포에서 동일하다. 그렇다면 크기가 다른 두 폐포가 있다고 생각해보자. 내부 압력이 큰 폐포에 적합하다면? 작은 폐포는 더 높은 내부 압력이 있어야 찌그러지지 않을 텐데, 내부 압력은 폐포에서 모두 동일하다 했으니 작은 폐포 입장에서는 내부 압력이 부족하다. 즉 작은 쪽이 붕괴될 수밖에 없다.

7. 하지만 계면 활성제는 폐포의 크기에 따라 그 농도가 다르고, 작은 폐포에는 농도가 더 높은 계면활성제가 분비된다. 즉, 작은 폐포의 표면 장력을 더 많이 줄여준다는 뜻이고, 그렇다면 필요한 내부 압력도 감소할 것이다. 또한 글에는 나오지 않았지만, 크기는 달라도 표면 장력이 서로 같을 수 있도록 작은 폐포의 표면 장력을 줄이지 않을까? 라는 생각도 해봐야 한다.

7-1. 이제는 계면 활성제가 '경계면 활성제'가 아니었나 하는 추측을 할 수 있을 것이다. 즉, 계면 활성제는 서로 다른 두 폐포에게 각각 알맞는 표면 장력이 형성될 수 있도록 도와주는 성분이다.

7-2. 예를 들어 큰 폐포의 표면 장력이 50, 작은 폐포의 표면 장력이 70일 때 계면 활성제가 분비되면 두 폐포 모두 표면 장력이 40이 된다는 뜻이다.

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 말이 다소 낯설 수 있습니다. 조금씩 강도를 높여 훈련하면 시험장에서 당황하지 않을 수 있습니다. 오늘 내용은 중요한 이야기가 많으니 하나하나 잘 기억해주시길 바랍니다.  

 키워드만이라도 알아가면 도움이 될 겁니다.

문제 (안 보고 입력해야 기억에 남습니다.)
(1) 신전성과 표면 장력의 뜻

(2) 계면 활성제가 분비되면 표면 장력은 (증가 / 감소)하고 이에 따라 신전성은 (증가 / 감소)한다.

(3) 계면 활성제가 필요한 이유는 각 폐포의 크기가 다를 수 있기 때문이다. (O / X)

댓글에 제가 요약한 내용을 다시 남기시면 기억'되는' 느낌이 무엇인지 알 수 있으실 겁니다. 

나만의 말로 이해한 후 외워서 입력하면 가장 좋고, 귀찮으면 그냥 베껴서 타이핑해도 됩니다.  

어차피 기억에는 남아 있을 테니까요. 

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