십 대에게 추천하는 과학의 기본 원리

누구나 따라할 수 있는 간단한 과학실험을 요리로 만나다! 십 대에게 추천하는 과학의 기본 원리 누구나 쉽게 집에서 도전해볼 수 있을 법한, 그리고 결과물을 직접 맛볼 수도 있는 31가지 실험들을 간추려 선보입니다. 특별한 도구가 필요한 과학실험과는 달리, 주방에서 사용하는 조리도구와 냉장고와 찬장 속에 늘 구비해두는 식재료와 조미료만으로도 가능한 실험들이기에 초등학생들도 쉽게 따라 할 수 있습니다. 맛있는 실험 결과물에 담긴 과학의 원리들이 어렵게만 느껴지던 과학에 성큼 다가서게 할 것입니다.

들어가는 말
일러두기

Part 1 사진에 담고 싶은 눈이 즐거운 실험
1-1 맛있는 토마토를 고르는 방법
1-2 포도주스 색을 바꾸는 실험
칼럼| 레드와인과 화이트와인의 차이
1-3 반짝반짝 록캔디
칼럼| 백설탕은 왜 굳을까?
1-4 크리스털 같은 반생과자 호박당
1-5 내 취향대로 구미젤리를 만들어보자
1-6 신기한 물방울케이크
1-7 폭신폭신 마시멜로 흉내 내기
1-8 삶은 달걀을 깠더니 하얗지 않다고?

Part 2 볼수록 신기하고 짜릿한 놀라운 실험
2-1 1분 만에 만드는 부드러운 아이스크림
응용 1 맥주를 냉장고에 넣는 걸 깜빡했을 때
응용 2 순식간에 어는 프로즌드링크
2-2 톡톡 쏘는 라무네 사탕 만들기
2-3 귤의 속껍질을 ‘까지 않고 깔 수 있다’고?
2-4 우동 면발의 탄력은 어디서 오는 걸까?
2-5 볶음국수를 빨갛게 만드는 익숙한 가루
2-6 맛이 일품! 캔참치 요리를 만들어보자
칼럼| 연어는 붉은 살 생선?
2-7 치즈를 만들자
2-8 버터를 만들자

Part 3 차이가 한눈에 이해되는 신기한 실험
3-1 포슬포슬 감자와 쫄깃쫄깃 감자
3-2 익혀도 부서지지 않는 미림의 힘
3-3 달지 않은 녹말을 달게 만드는 방법
칼럼| 녹말과 옥수수전분
3-4 질긴 고기로 부드러운 스테이크를 만들어보자
칼럼| 버섯은 냉동하는 편이 낫다?
3-5 맛있는 주먹밥은 어떻게 만들까?
3-6 베이킹파우더와 베이킹소다는 무엇이 다를까?
3-7 색이 변하는 팬케이크
3-8 촉촉한 쿠키와 바삭한 쿠키

Part 4 의외의 방법으로 더욱 맛을 돋우는 맛있는 실험
4-1 먹어보고 싶은 백 퍼센트 메밀국수
4-2 풋콩을 정말 맛있게 데치는 방법
4-3 몇 분 안에 단단해지는 신기한 두부 만들기
4-4 삶은 달걀에 간이 배어 있다고?
4-5 점성을 주는 재료 없이 햄버그스테이크에 도전해보자
칼럼| 소시지와 햄에 아질산나트륨을 첨가하는 이유
4-6 중개인이 중요해! 마요네즈 만들기
4-7 커다란 푸딩 만들기에 도전!
칼럼| 카레는 왜 이튿날 먹어야 맛있을까?

가정에서 실험할 때 주의할 사항
실험을 정리하는 방법
나가는 말
참고문헌 & 참고논문
색인

다이아몬드는 탄소의 결정, 루비와 사파이어는 산화알루미늄의 결정입니다. 작은 물질이 기나긴 시간 동안 서서히 커다란 결정으로 변한 것이 원석입니다. 그 눈부심과 단단함은 작은 물질 단위가 단단히 결합하고 배열됨으로써 태어난 것입니다.
아름답게 반짝이는 이 사진은 설탕의 결정입니다. 록캔디 또는 슈거 스틱 등으로 불리는 이 사탕은 만드는 법이 아주 간단합니다. 다만 완성되기까지 시간이 필요합니다. 방학 때 자기주도 학습으로 실험해보고 싶다면 시간을 잘 고려해야 합니다.
[1-3] 반짝반짝 록캔디 | 25쪽부드러운 아이스크림을 만들려면 단시간에 굳혀야 합니다. 하지만 냉동고의 온도를 낮추기는 어렵습니다. 그런데 얼음과 소금, 티셔츠를 이용하면 아이스크림을 1분 만에 굳어지게 만들 수 있답니다!
우유가 들어간 아이스크림 대신 셔벗을 먹고 싶을 때는 주스에 설탕을 넣고 이 방법으로 굳히면 됩니다. 내가 좋아하는 맛으로 쉽게 만들 수 있지요. ‘찬 것이 당기는데’ 싶으면 바로 만들어 먹을 수 있다는 점이 의외의 기쁨을 준답니다.
[2-1] 1분 만에 만드는 부드러운 아이스크림 | 58쪽 고기의 붉은 부분의 주성분은 단백질입니다. 단백질은 아미노산이 길게 연결된 커다란 분자입니다. 생강에는 단백질을 분해하는 프로테이스가 들어 있습니다. 그래서 생강즙에 담근 고기는 단백질이 분해되어 부드러워지는 것입니다.
단백질은 큰 분자라서 인간의 미각으로는 느낄 수 없습니다. 프로테이스 때문에 분해되어 아미노산과 펩티드가 되면 맛이 느껴집니다. 프로테이스가 작용하면 부드러워질 뿐만 아니라 감칠맛도 좋아집니다. 생강 외에도 파인애플, 키위, 파파야, 멜론 등에도 프로테이스가 들어 있습니다.
[3-4] 질긴 고기로 부드러운 스테이크를 만들어보자 | 123쪽벌꿀을 넣은 쿠키는 그래뉼러당을 넣은 쿠키보다 진한 갈색을 띱니다. ‘꿀에 색이 있으니까 그런 거 아닌가?’ 하고 생각할 수도 있지만 굽기 전보다 훨씬 진한 갈색이 되지요. 무엇보다 다른 점은 하룻밤이 지난 다음의 식감입니다. 꿀을 넣은 쿠키는 촉촉하고 그래뉼러당을 넣은 쿠키는 바삭할 것입니다.
꿀은 벌이 꽃의 꿀을 모은 것인데, 꽃에 있는 꿀과는 성분이 다릅니다. 꽃의 꿀은 대부분이 자당으로 되어 있습니다. 벌은 꽃의 꿀을 빨아들인 다음, 체내에서 분비액과 섞어 벌집 안에 저장합니다. 분비액에는 자당을 과당과 포도당으로 분해하는 효소가 들어 있어 벌집 안에 저장하는 동안 자당의 분해가 진행됩니다. 그 결과 벌꿀의 성분은 과당과 포도당이 대부분이 되고, 자당은 수 퍼센트에 불과하게 됩니다.
[3-8] 촉촉한 쿠키와 바삭한 쿠키 | 144쪽
주성분이 탄산칼슘인 껍데기에는 달걀의 안팎으로 가스를 교환하기 위한 작은 구멍이 1만 개 이상 뚫려 있습니다. 달걀 껍데기의 안쪽에는 얇은 난막이 있습니다. 이 난막에는 반투성이라고 해서, 큰 분자는 통과시키지 못하지만 작은 분자나 이온은 통과시키는 성질이 있지요. 반투성이 있는 막 안팎의 물질 농도가 다른 경우에는 안팎의 농도가 같아지도록 물질이 이동합니다. 바깥쪽의 염분농도가 진하면 안쪽으로 염분이 이동하는 것이지요. 열을 가하면 난막은 물질을 통과시키기 쉽도록 변합니다.
이 실험은 진한 소금물에 담근 삶은 달걀의 껍데기를 염분이 뚫고 난막을 파고들어 안쪽까지 간이 배게 되는 원리를 활용했습니다.
[4-4] 삶은 달걀에 간이 배어 있다고? | 163쪽사이가 좋지 않은 궁합 중에 가장 대표적인 것으로 물과 기름이 있습니다. 아무리 열심히 섞어도 잠시 후에는 곧바로 분리되고 맙니다. 기름때가 묻은 접시를 물로만 씻으면 깨끗해지지 않지요. 이것은 물과 기름이 섞이지 않는 성질이 있기 때문입니다.
그런데 마요네즈에는 기름과 식초가 들어가지만 섞인 상태 그대로 있습니다. 식초에는 수분이 아주 많이 들어 있는데도 마요네즈를 오래 두었더니 층이 분리되었다는 이야기는 들어본 적이 없는 듯합니다. 왜 그럴까요?
세제를 사용하면 기름때가 없어지는 이유와 마요네즈가 분리되지 않는 이유는 같습니다. 양쪽 모두 계면활성제가 기름을 감싸 안은 채 물속으로 분산시키기 때문입니다. 계면활성제라고 하면 세제와 샴푸를 떠올리는 분들이 많겠지만 ‘다른 두 물질을 섞는 작용을 하는’ 물질을 일반적으로 이르는 말입니다. 계면이란 ‘서로 다른 두 가지 물질이 접하는 면’을 말합니다.
마요네즈의 계면활성제는 달걀노른자 속의 ‘레시틴’입니다. 노른자가 없으면 기름과 물이 섞여 있는 마요네즈는 만들어질 수 없었을 것입니다.
[4-6] 중개인이 중요해! 마요네즈 만들기 | 172쪽카레는 갓 만든 것보다 이튿날에 먹으면 더 맛있지요. 첫 하루 동안 어떤 변화가 일어나는 걸까요?
카레가루에는 밀가루가 들어 있어 그 전분 때문에 되직하게 완성됩니다. 채소와 고기 등의 건더기를 부드럽게 끓인 다음에 카레 가루를 넣기 마련인데, 되직한 카레소스의 맛이 건더기 속까지 배기가 힘듭니다. 건더기 안의 수분이 가열하면서 팽창해 세포 바깥으로 나간 상태이기 때문입니다.
불을 끄면 카레소스는 건더기보다 빨리 식습니다. 식히는 과정에서 온도가 높은 건더기에서 온도가 낮은 소스 쪽으로 수분과 함께 아미노산, 당류 등의 성분이 스며나갑니다. 이 성분 덕분에 소스에 감칠맛이 생깁니다.
[칼럼] 카레는 왜 이튿날 먹어야 맛있을까? | 182쪽

틀에 박힌 교과서 속 과학실험은 그만!
식탁에서 과학을 펼치다학창 시절 꽤 많은 교과 시간을 차지한 ‘과학’하면 어떤 생각부터 떠오르나요? 아마도 외워야 할 낯선 과학용어와 공식 들로 빼곡한 교과서가 우선이겠지요. 하지만 과학을 싫어하든 좋아하든 상관없이 모든 학생의 눈을 반짝이게 만드는 마법의 과학 시간이 있었습니다. 바로 과학실험 시간일 것입니다. 실험을 통해 직접 만지고 보고 겪으며 체험한 지식은 ‘외우기 위한 지식’으로만 머물지 않고 아주 오랜 시간 기억에 남을뿐더러 생활 속 지혜로도 이어집니다.
그러나 학교에서 과학실험을 하려면 상당한 준비가 필요하기에 교과서에 등장하는 모든 실험을 과학 시간에 매번 재현해볼 수는 없습니다. 이렇게 학교에서 할 수 없는 실험이라면 집에서 부모님과 친구들과 함께 실험을 해보는 건 어떨까요?
예컨대, 초등학교 6학년 과학 시간에 ‘과산화수소수에 이산화망가니즈를 넣으면 산소가 발생한다’는 과학적 사실을 배우는데, 이를 대신해서 ‘물에 녹인 구연산에 베이킹소다를 섞으면 이산화탄소가 발생한다’는 사실을 확인하는 실험은 가능합니다. 일반 가정에서도 세제와 식재료로 구연산과 베이킹소다를 늘 구비해놓고 있기에 손쉽게 실험을 해볼 수 있는 것이죠.
그렇다면 이렇게 실험용 준비물을 따로 준비하지 않고도, 냉장고와 찬장 속에서 쉽게 찾을 수 있는 자투리 재료와 조미료를 이용해 과학실험에 도전해보는 건 어떨까요? 이왕이면 실험 결과물로 맛있는 요리까지 내놓을 수 있다면 더할 나위 없을 것입니다.
이렇게 이 책에서는 누구나 쉽게 집에서 도전해볼 수 있을 법한, 그리고 결과물을 직접 맛볼 수도 있는 31가지 실험들을 간추려 선보입니다. 요리 레시피가 아니라 ‘과학실험 입문’에 해당하는 과정을 담은 내용이라서 음식 맛이 뛰어나리라는 보장은 없습니다. 그러나 특별한 도구가 필요한 과학실험과는 달리, 주방에서 사용하는 계량스푼, 냄비, 전자레인지, 체망 같은 조리도구만으로도 도전해볼 만한 실험들이기에 초등학생들도 쉽게 따라 할 수 있을 것입니다.
책에 실린 실험을 요리의 레시피처럼 순서대로 따라 하다 보면 과학적으로 어떤 일이 발생하는지 이해하는 한편, 이미 친숙한 요리 외에도 과자나 푸딩 같은 시도하기 쉽지 않은 음식들을 실패 없이 만들어볼 수 있게 될 것입니다. 누구나 손쉽게 주방에서 뚝딱 해내는 과학실험
요리와 실험은 서로 닮은 점이 많습니다. 계획을 세우고 준비를 거쳐 결과를 도출해낸다는 점이 바로 그렇습니다. 그리고 실패할 수 있다는 점도 마찬가지입니다.
유명 레시피를 따라서 요리를 해도 재료 선택, 조리 시간 등의 잘못으로 예상과 다른 맛없는 요리를 먹게 되는 경우가 있습니다. 실험도 마찬가지입니다. 불 조절을 비롯해 재료를 섞는 과정이나 사용하는 재료를 완벽하게 통일하지 못하면 원하는 결과를 얻지 못합니다. 이 같은 경우, 왜 이런 결과가 나오게 되었는지를 검증해보며 실수를 바로 잡아 다시 도전해 그것이 ‘나만의 발견’으로 이어지게 된다면 그 지식은 더 오랜 시간 기억될 것입니다.
요리에 있어 누가 따라해도 맛있는 음식이 만들어지는 ‘황금 레시피’처럼 과학실험은 누가, 언제, 어디에서 실시해도 같은 결과를 얻을 수 있어야 한다는 점이 중요합니다. 같은 결과를 다시 내놓을 수 있는 ‘재현성’이 없으면 과학실험이 될 수 없습니다. 때문에 실패의 원인을 찾고자 검증하는 과정도 실험에서는 중요합니다.
예컨대, 172쪽에 실린 마요네즈 만들기에 도전해봅시다. 마요네즈는 식용유와 식초를 섞어 만듭니다. 잘 섞이지 않는 기름과 식초(수분)를 하나로 섞기 위해서 무엇을 어떻게 해야 하는지는 인터넷으로 검색만 해도 바로 알 수 있습니다. 하지만 ‘그렇구나’ 하며 고개만 끄덕거리고 아무것도 해보지 않으면 그 지식은 금세 잊히고 맙니다. 스스로 양손을 움직여 두 물질을 실제로 섞어보고 냄새를 맡고 맛을 보면서 마요네즈를 직접 만드는 체험을 해보면, 오감이 그것을 오롯이 기억하게 됩니다.
만약 마요네즈 만들기에 실패했다면 원인을 찾아보고 다시 도전해보며 더 깊은 지식을 쌓을 수 있습니다. 실패의 원인은 주로 식초와 노른자가 제대로 섞이지 않아서인데, 그 이유가 물과 기름을 섞는 계면활성제에 해당하는 성분인 노른자의 ‘레시틴’이 제 역할을 못해서임을 더 명확히 이해할 수 있게 됩니다.
그뿐 아니라 ‘왜 세제에 계면활성제가 함유되어 있을까? 아하! 기름때를 물과 섞으려고 하는구나’처럼 발상의 폭도 더욱 넓어지게 됩니다. 이렇게 마요네즈 만들기와 세제로 얼룩 지우기처럼 서로 아무 관련 없어 보이는 두 활동이 과학적으로는 ‘계면활성제’라는 공통분모를 가지고 있다는 등의 흥미로운 사실을 깨닫게 될 것입니다. 31가지 과학실험,
골라 만드는 재미가 있다
이 책에 실린 과학실험들은 모두 결과물을 맛볼 수 있는 요리들로 구성되어 있습니다. 거창한 요리까지는 아니더라도 생활 속 지혜를 엿볼 수 있는 실험들도 담겨 있습니다.
예컨대, 당도 높은 토마토가 ‘비중’이 높다는 점을 이용해 더 맛있는 토마토를 고르는 방법, 냉장실에 넣어두지 않은 맥주를 ‘응고점 내림’ 현상을 이용해 5분 만에 차갑게 식힐 수 있는 방법, 질긴 고기를 ‘단백질 분해 과정’을 응용해 부드럽게 만들어 먹을 수 있는 방법, 소금을 찍어 먹지 않아도 될 만큼 찐 달걀에 간이 배게 할 수 있는 ‘반투성’을 이용한 방법 등이 그것입니다.
이런 활용법들 가운데 이미 우리가 익히 사용하고 있는 방법들도 있습니다. 이런 생활 속 지혜로 알고 있는 것들이 과학 현상의 일종이라는 것을, 교과서에 활자화된 과학용어들이 이렇게 생활에서도 쓰인다는 사실을 깨닫게 된다면, 아이들이 과학에 좀 더 친숙함을 느끼고 다가설 수 있는 기회가 될 것입니다.
아이들이 좋아하는 간식거리도 몇 가지 재료만으로도 손쉽게 만들 수 있습니다. 쫄깃한 식감의 구미젤리, 폭신폭신한 마시멜로, 입안에서 톡톡 쏘는 라무네 사탕, 색이 변하는 팬케이크, 촉촉한 쿠키와 바삭한 쿠키, 보드랍고 커다란 푸딩 등, 이 모든 것들도 과학적 지식이 곁들여지면 시판 제품 못지않게 근사하게 만들 수 있습니다.
물론 여기에도 과학적인 원리들이 숨어 있습니다. 젤리의 쫀득한 식감은 열에 의한 단백질의 구조 변화를 활용해 만들어지며, 달걀 흰자를 거품기로 휘저었을 때 흰자에 접혀 있던 단백질이 풀리면서 거품의 표면이 그물망처럼 단단하게 둘러싸 폭신한 식감의 마시멜로가 완성될 수 있습니다. 구연산과 베이킹소다가 섞이며 생긴 화학반응을 이용해 톡 쏘는 맛의 라무네 사탕을 만들 수 있으며, 블루베리의 보라색을 띠는 ‘안토사이아닌’이 산성에서는 붉은색, 중성에서는 보라색, 알칼리성에서는 파란색으로 바뀌는 성질을 이용해 여러 색깔의 핫케이크를 만들 수 있습니다. 과당·포도당·자당의 흡습성을 이용해 쿠키의 식감을 원하는 대로 선택할 수 있으며, 단백질의 응고 성질을 잘 활용하면 집에서도 커다랗고 보드라운 푸딩을 만들 수 있습니다.
아이들과 함께 좋아하는 간식을 직접 만들어보면서 요리 과정 속에 숨어 있는 과학 현상을 하나씩 확인하고 관찰해본다면 과학이 생활과 절대 멀리 떨어져 있지 않음을 몸소 체험할 수 있을 것입니다. 자기주도학습으로 도전해보는 과학실험
자기주도학습 결과물이나 방학 과제로 ‘먹을 수 있는 과학실험’이란 주제로 실험해본다면 어떨까요? 주방에서 가스 불이나 오븐 등을 사용해야 하기에 부모님이나 보호자의 도움이 필요하지만, 그밖에 과정은 혼자 해볼 수 있는 수준의 실험이라 충분히 과제로 수행할 수 있을 것입니다.
이 책에서는 실험에 필요한 준비물부터 실험 과정을 눈으로 먼저 익힐 수 있도록 사진으로 자세히 담았습니다. 이어지는 해설에서는 이러한 결과물이 나오게 된 이유와 원하는 결과를 얻지 못하게 되었을 경우의 원인을 과학적 지식으로 자세히 풀어줍니다.
이밖에 실험 시에 주의할 점과 실험 결과물 기록에 관한 정리 방법, 실험 노트를 작성할 때 필요한 제목과 계기 작성법 등도 정리해두어 학교에 실험 보고서를 제출할 때 많은 도움이 될 것입니다.