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수리·과학 논술은 이렇게

기러기가 V자 대형으로 나는 까닭은?

  • 김정금 JK 수리논술연구소장·제일아카데미 대표

기러기가 V자 대형으로 나는 까닭은?

다음 제시문 (가)는 물리학적 측면에, 제시문 (나) (다)는 생물학적 측면에 관련된 내용이다. 제시문의 과학 지식을 활용하여 다음 문제에 대해 서술하시오.

제시문 (가)

우리 조상들은 해마다 겨울이면 시베리아, 사할린, 알래스카 등지에서 날아와 월동하고, 봄이 되면 다시 북쪽으로 돌아가는 우리나라의 대표적 겨울 철새인 기러기를 멋진 새로 여겨왔다. 두 다리를 바짝 뒤로 모으고 V자 형태로 줄지어 날아가는 기러기 행렬은 자연의 아름다움을 선사할 뿐만 아니라 낭만적인 정취까지 느껴진다.

문제) 기러기가 V자 형태로 줄지어 날아가는 현상을 물리학적 측면에서 서술하시오.

해설) 기러기가 V자형으로 날아가는 이유는 에너지를 최소화하여 오래 날기 위해서다. 기러기는 시베리아에서 우리나라 남·서해 지역까지 장거리를 이동해야 하므로 에너지 소모를 최소화해야 한다.



새는 날 때 공기를 아래로 밀어내고, 공기는 새를 위로 밀어 올린다. 동시에 아래로 이동하는 공기는 바로 밑의 다른 공기와 부딪치면서 위쪽으로 소용돌이친다. 이때 위쪽으로 소용돌이치는 공기는 상승기류를 만들어내는데, 새의 측면으로부터 약간 떨어진 곳에서 상승기류가 가장 강하게 작용하므로 뒤따르는 새는 자신의 원래 상태(에너지)를 유지하면서 상승기류로부터 양력을 얻는 적당한 위치에 있게 된다. 다시 이 새는 바로 뒤를 따르는 다른 새를 위해 새로운 상승기류를 만든다. 즉, 기러기는 뉴턴의 제3법칙 작용(공기를 아래로 미는 힘), 반작용(상승기류로 인한 양력)을 활용하는 운동을 하는 것이다.

제시문 (나)

바다에서 멀리 떨어진 고산지대에 사는 사람들은 미역, 다시마, 김 등 해산물을 거의 먹지 못한다. 대표적인 예로 해발 2000m의 내륙 고산지대에 사는 멕시코인은 키가 작고 눈이 약간 튀어나왔으며, 다른 지역 사람들에 비해 유달리 턱밑이 부풀어 오르는 특징이 있다.

문제) 고산지대에 사는 사람들은 요오드 섭취량이 적어 갑상선종에 걸리는 사람들이 많다. 이를 호르몬의 피드백 현상과 연관지어 설명하시오. 그리고 요오드가 부족하면 갑상선의 사용이 줄어드는데 갑상선의 크기는 왜 작아지지 않는지 설명하시오.

해설) 우리 몸에서 호르몬을 분비하는 기관은 내분비기관으로, 이 기관에는 각종 호르몬을 분비하는 뇌하수체, 당뇨병에 중요한 인슐린을 분비하는 췌장, 스테로이드를 분비하는 부신이 있다. 갑상선도 내분비기관 중 하나로 갑상선호르몬을 생산, 저장했다가 필요할 때마다 혈액을 통해 호르몬을 내보낸다. 이곳에서 분비된 호르몬은 인체 내 모든 기관의 기능을 원활하게 하고, 열을 발생시켜 체온을 일정하게 유지시켜 주며, 태아와 신생아의 뇌와 뼈의 성장발육을 촉진시키는 역할을 한다. 갑상선호르몬이 많아지면 기능 향진증이 생겨 신진대사가 활발해진다. 그 결과 심장이 빨리 뛰고 몸이 더워지며 땀이 많이 나서, 더위를 견디기 어렵게 되고 체중이 감소한다. 반대로 갑상선호르몬이 부족하면 기능 저하증 현상이 나타나 몸이 무기력해지고 쉽게 피곤해질 뿐만 아니라, 체온도 정상보다 낮아져 추위를 견디기 힘들어진다.

갑상선호르몬이 원활하게 분비되려면 요오드가 필요한데, 요오드는 미역, 다시마, 김 등 해조류에 많이 포함돼 있다. 음식물을 통해 섭취한 요오드는 소장에서 흡수돼 혈액을 통해 갑상선에 섭취된 후 갑상선호르몬을 만들어낸다.

일반적으로 혈액 내의 갑상선호르몬이 증가하면 뇌하수체 갑상선호르몬 분비는 감소되고 갑상선호르몬의 분비는 증가한다. 이러한 과정이 반복됨으로써 체내의 갑상선호르몬은 일정하게 유지된다.

고산지대에 사는 사람들은 티록신 재료인 요오드의 섭취량이 비교적 적다. 티록신의 분비가 적어지면 시상하부(간뇌)와 뇌하수체 전엽에 분비를 촉진시키는 자극을 주고, 그에 따라 갑상선이 자극을 지나치게 많이 받아 갑상선 비대증에 걸리게 된다. 호르몬의 분비조절은 항상성에 의해 유지되므로 피드백에 의해 갑상선에 더 많은 자극이 주어져 의외로 갑상선이 커지는 갑상선종에 걸리게 되는 것이다.

제시문 (다)

항상 시키는 일들을 반대로 하는 심술꾸러기 개구리 한 마리가 있었다. 어머니는 근심과 걱정으로 지내다 죽을 때가 되어 ‘내가 죽거든 냇가에 묻어다오’라는 유언을 남기고 눈을 감았다. 개구리는 어머니의 마지막 소원만은 지켜드려야 한다며 어머니를 개울가에 묻었다. 그 뒤 비만 오면 어머니 산소가 떠내려갈까봐 슬피 울곤 한다.

- 어린이 동화에서

문제) 이 동화에 나오는 개구리의 물질대사에 대해 서술하고, 어미개구리 유언의 생태학적 의미는 무엇인지 설명하시오.

해설) 양서류의 피부는 항상 촉촉이 유지되어야 한다. 즉 습기가 많아야 한다.



주간동아 561호 (p95~95)

김정금 JK 수리논술연구소장·제일아카데미 대표
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