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10313 이지성

10315 이하진

10317 임정준

10319 장진우

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10303 김제현

10310 이승원

10314 이찬진

10319 조예찬

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10309손현욱

10312이준희

10316이훈

10320조호창

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10301김남훈

10302김민우

10306박주원

10321최진호

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1주차  과학의 탐구방법

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1주차  과학의 탐구방법

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과학을 탐구하는 방법과 절차에 대해 알아본다.

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2주차  과학의 역사적 실험

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2주차  과학의 역사적 실험

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파스퇴르의 생물 속생설 도출 과정 알아보기

연역적 탐구 방법의 특징을 알아보기.

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3주차 과학사적 의미있는 실험 탐구하기

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3주차 과학사적 의미있는 실험 탐구하기

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파스퇴르의 생물 속생설과 같이 과학사적으로 의미있는 실험에 대해 탐구하여 보고서 작성하기

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과탐실2 탐구보고서 평가 기준

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4주차 탐구 활동 발표하기

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4주차 탐구 활동 발표하기

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귀납적 탐구 방법과 연역적 탐구 방법

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귀납적 탐구 방법과 연역적 탐구 방법

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1. 귀납적 탐구 방법의 예:

2. 연역적 탐구 방법의 예 :

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귀납적: 찰스 다윈 :진화론

여러섬의 핀치새 부리를 관찰>핀치 새들의 부리가 다른것을 확인>섬마다 먹는 먹이가 다른것을 확인>생물은 주변 환경에 따라 진화한다 라는 결과를 얻음

연역적: 갈릴레오 갈릴레이 :자유낙하 실험

모든 물체는 질량과 관계없이 동일 한 속도로 떨어진다 라는 가설설정>질량이 다른 두공을 떨어뜨리는 실험>두공이 거의 동시에 떨어 지는것을 관찰>

물체는 질량과 관계없이 같은 속도로 떨어진다 라는 결과를 얻음

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귀납적 탐구 방법의 예: [슐라이덴 및 과학자들의 세포설] 로버트 훅라는 철학자가 찾아 이름붙친 세포라고 부른 것을 과학자들이 모든 생물에는 세포가 있다는 걸 증명하기위해 다양한 생물을 관찰하기 시작하면서 슐라이덴이 여러조직의 세포 조직이 세포로 구성된 것을 증명했습니다.

연역적 탐구 방법: [플레밍의 페니실린 발견] 플레밍이 푸른곰팡이가 다른 세균의 성장을 억제 시킨다는 가설을 세운 뒤 푸른 곰팡이가 있는 포도상구균을 배양한 곳과 안한 곳을 둔 뒤 시간을 지나면서 확인한 결과 가설처럼 푸른곰팡이가 포도상구균을 억제시켜 가설을 증명했습니다.

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귀납적 탐구 방법의 예:전자기학의 아버지라 불리는 과학자 '마이클 패러데이'는 자석의 운동이 전류를 발생시킬 수 있을 것이라는 문제의식으로 코일에 자석을 넣었다 빼며 검류계를 연결하여 검류계의 바늘이 움직임을 관찰하는 실험을 반복했다. 패러데이는 자석이 움직일 때 검류계의 바늘도 움직임 또한 움직여 전류가 흐른다는 사실을 알아내었고 자석의 운동 방향과 속도에 따라 전류 방향·세기 또한 달라진다는 사실과 함께 전자기 유도 법칙을 귀납적으로 도출하였다.

연역적 탐구 방법의 예: 19세기에 천문학자들은 천왕성의 궤도가 뉴턴 법칙으로 계산된 궤도에서 조금 벗어나 있음을 발견했다. 프랑스의 천문학자 위르뱅 르베리에는 뉴턴의 운동법칙(만유인력 법칙)이 옳다는 가정 하에 새로운 행성의 인력이 작용했을 것이라는 가설을 세웠고, 이를 토대로 새로운 행성의 위치를 계산했다. 이후 마침내 독일의 천문학자가 르베리에가 계산했던 위치로부터 1도 이내의 거리에서 새로운 행성인 '해왕성'을 관측했다. 이 사례는 문제를 발견하고 가설을 세운 이후 예측에 성공한 성공적 연역적 탐구방법의 예이다.

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귀납적 탐구 방법과 연역적 탐구 방법

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귀납적 탐구 방법과 연역적 탐구 방법

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1. 귀납적 탐구 방법: 케플러의 행성 운동 법칙 탐구 사례

사람들은 오래전부터 행성의 움직임을 이해하려 했지만, 기존의 원 궤도 이론이나 주전원으로는 실제 관측과 잘 맞지 않았다. 티코 브라헤는 20년 동안 맨눈으로 매우 정밀한 데이터를 쌓았고, 그의 조수 케플러는 이 자료 속에서 행성 운동의 규칙을 찾으려 했다. 케플러는 수많은 가설을 세우고 하나씩 대조하면서 맞지 않는 가설은 과감히 버렸다. 그 결과, 행성이 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 돈다는 것, 행성과 태양을 잇는 선분이 같은 시간 동안 같은 면적을 휩쓴다는 것, 그리고 공전 주기의 제곱이 거리의 세제곱에 비례한다는 세 가지 법칙을 귀납적으로 발견했다. 이 법칙은 이후 뉴턴의 만유인력 법칙을 세우는 데 중요한 기반이 되었다.

2. 연역적 탐구 방법: 프란체스코 레디의 생물 발생 탐구 사례

과거 사람들은 고기가 썩으면 구더기가 저절로 생긴다고 흔히 믿었다. 하지만 프란체스코 레디는 정말 구더기가 고기에서 저절로 생기는지 의문을 품었고, 파리가 고기에 알을 낳으면 구더기가 생길 것이라는 가설을 세웠다. 그는 이 가설을 검증하기 위해 파리가 자유롭게 드나들 수 있는 열린 병과 파리는 막되 공기는 통하는 망으로 덮은 병, 그리고 파리가 전혀 접근할 수 없는 완전히 밀폐된 병에 각각 똑같은 조건의 고기를 넣어 비교했다. 모든 병의 고기 종류, 양, 온도 등 다른 요인들은 동일하게 통제하며 변화를 관찰했고, 결국 열린 병에서만 구더기가 생긴다는 것을 확인했다. 이 실험 결과는 구더기가 고기에서 저절로 발생하는 것이 아니라 파리가 알을 낳아 생겨난다는 레디의 가설을 명확하게 입증하였다.

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귀납적 탐구 (주제:천연두 예방접종)

엠마누엘 티모니는 소에게서 사람에게는 경미한 우두(소의 천연두) 바이러스를 채취하여 여러사람에게 접종한 뒤 천연두를 주입해도 증상이 나타나지 않는다는 사실을 확인했습니다.

-->결론: 면역의 개념을 발견하고 현대 예방접종의 시작을 알렸습니다.

연역적 탐구 (주제:슈뢰딩거의 고양이 )

전제: 양자역학에서는 입자는 관측 전까지 여러 상태가 동시에 존재합니다(중첩 원리).

따라서 상자 속 고양이는 방사성 물질 붕괴 여부에 따라 살아 있거나 죽어 있을 수 있습다. 관측 전에는 붕괴/비붕괴가 동시에 가능하므로, 고양이도 [살아 있음 + 죽어 있음] 상태가 중됩니다.

--> 상자를 열어 관측하는 순간, 고양이는 하나의 상태(살거나 죽음)로 확정됩니다.

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귀납적 탐구방법 예:패러데이는 자석과 전류의 관계를 알아보기 위해 여러 실험을 하였습니다 그 과정에서 자석을 코일에 가까이 하거나 멀리할 때 전류계 바늘이 움직이는 것을 관찰하였고, 실험을 반복한 결과, 단순히 자석이 있을 때가 아니라 자기장이 변할 때 전류가 생긴다는 사실을 알게 되었습니다 또한 다양한 조건에서 같은 결과가 나타남을 확인하였습니다 결국 그는 여러 실험에서 자기장이 변할 때 전류가 생긴다는 공통 결과를 바탕으로 법칙을 도출하였습니다.

연역적 탐구방법 예:갈릴레이는 아리스토텔레스의 주장과 달리, 진공 상태에서는 무거운 물체와 가벼운 물체가 동시에 떨어질 것이라는 원리를 세웠습니다 이 원리에서 출발하여 실제로 무게가 다른 물체를 같은 높이에서 떨어뜨리면 동시에 도달할 것이라고 예측하였습니다 갈릴레이는 피사의 사탑에서 낙하 실험을 하여 이 예측을 검증하였고,실험 결과, "물체는 질량과 관계없이 동시에 떨어진다”는 원리를 예측하고 실험으로 확인하였습니다.

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귀납적 탐구 방법: 다윈의 진화설- 다윈은 갈라파고스 군도에서 핀치새의 부리를 관찰하여 부리의 모양과 서식 환경 등을 조사하였다. 그는 조사한 결과를 통해 핀치의 부리의 모양과 크기가 환경에 따라 다르다는 것을 발견하였고 개체 변이, 생존 경쟁의 현상을 분석하였다. 이로써 다윈은'생물은 환경에 적응하며 살아간다', '생물들이 자연 선택의 과정으로 진화한다'는 자연 선택설의 결론을 도출해낼 수 있었다.

연역적 탐구 방법: 프란체스코 레디의 구더기 실험- 이탈리아의 과학자 '레디'는 '썩은 고기에서 구더기가 저절로 생긴다'라는 자연발생설에 의문을 가지고 '구더기는 저절로 생기는 것이 아니라 파리가 알을 낳아 발생한 것이다'라는 가설을 세우고 실험을 진행하였다. 그는 밒폐된 병, 천으로만 덮은 병, 열린 병의 세 종류의 병을 준비하고 각각의 병에 고기을 넣었다. 결과적으로, 열린 병에는 파리가 다가와서 구더기가 생겼고, 천으로 덮인 병과 완전히 밀폐된 병에는 구더기가 생기지 않았다. 이를 통해 '썩은 고기에는 구더기가 저절로 생기는 것이 아니며 파리가 알을 낳아서 생기는 것이다'라는 결론을 도출해낼 수 있었다.

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1. 귀납적 탐구 방법 예:영국의 생물학자였던 찰스 로버트 다윈(Charles Robert Darwin)은 많은 지역을 항해하면서 많은 동식물을 탐구했는데요. 여기에는 '핀치'라는 새도 있었습니다. 다윈은 수년간 핀치를 관찰, 분석하면서 먹이에 따라 핀치들의 부리 모양에 차이가 있다는 것을 발견하게 되는데요. 이를 바탕으로 생물 진화론을 뒷받침하는 자연선택설을 완성하게 됩니다.

2. 연역적 탐구 방법의 예: 에이크만의 각기병 원인 연구  에이크만(Eijkman)이라는 네덜란드 생리학자는 각기병의 원인이 어떤 물질의 결핍으로부터 비롯된다는 것을 밝혀내었는데요. 각기병은 신체에 티아민(thiamine)이라 불리는 비타민 B1이 부족할 때 발생하는 병입니다. 에이크만은 각기병에 걸렸다가 나은 닭을 보고 가설을 세웠고, 닭이 먹는 현미에 각기병을 치료하는 물질이 들어있다는 결론을 도출했습니다.

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귀납적 탐구는
관찰을 통한 자료를 충분히 수집하고 분석하여 일반적인 원리로 도출하는 방법입니다. 가설을 세우지 않는 특징이 있어 효과적으로 어려운 주제를 탐구하기 적합한 탐구 방법 중 하나입니다.

귀납적 탐구를 활용한 실험으로는 찰스 다윈의 {진화론}을 사례로 들 수 있습니다.
다윈은 세계여러 곳을 탐험하면서 환경에 따라 생물이 진화하는 이론을 제시하였습니다. 대표적으로 핀치새의 부리 모양 있습니다.

여러 환경을 탐험하던 다윈은 핀치새라는 종의 여러 부리 모양을 관찰하였습니다. 부리를 관찰하면서 핀치새의 여러 부리의 기능,특징, 환경에 따른 형태 변화 등을 바탕으로 다윈은 진화론에 뒷받침하는 근거가 되었습니다.

연역적 탐구는
관찰한 현상에서 문제를 인식하여 가설을 설정하고 대조 실험을 통해 가설의 옳고 그름을 검증하는 탐구 방법입니다.

연역적 탐구를 활용한 실험으로는 파스퇴르의 탄저병 백신 개발, 플레밍의 페니실린 등등 연역적 탐구가 있습니다. 대표적으로 플레밍의 페니실린이 있습니다. 플레밍은 포도상구균을 통한 시험을 진행하는 도중 실험관에 푸른 곰팡이가 발생하여 포도상구균이 푸른 곰팡이에 전멸하는 일이 있었습니다. 그 일로 플레밍은 푸른 곰팡이의 능력을 눈여겨 보며 푸른 곰팡이의 살균 효과를 가설로 세우고 여러 대조 실험을 진행하였습니다. 실험 이후 페니실린이라는 항생제를 개발하여 인류의 생존에 큰 영향을 끼쳤습니다.

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귀납적 논증의 예:다윈의 진화설

다윈은 다양한 환경을 직접 관찰하여 많은 개별적 사실 수집하였다

그리고 관찰한 것들의 공통적인 패턴을 찾아내는 과정을 하였다

다윈은 관찰과 패턴 분석을 하여 "모든 생물은 시간이 지남에 따라 변한다"라는 가설을 새워 새로운 법칙을 발견하였다

연약적 논증의 예:레디의 실험

"썩은 고기에서 파리가 저절로 생긴다"는 가설이 있었다

레디는 이 전제를 검증하기 위해 연역적 사고로 이 이론이 맞다면 고기를 덮으면 파리가 생기지 않아야 한다는 구체적 예측을 세운다

그리고 총3가지의 실험인 노출된 고기와 밀폐된 병에 고기,천으로 덮은 고기로 실험을 한다

실험 결과 구더기는 파리에서 생기고, 썩은 고기는 저절로 생기지 않는다는 결과가 나왔다

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귀납적 탐구 방법의 예: 물체의 열팽창.
1.금속 구슬을 가열하니 크기가 커짐.
2.유리병에 뜨거운 물을 부었더니 병 입구가 넓어짐
3.여름철 햇빛을 받은 자동차 타이어 안에 있는 공기가 팽창함
--> 공통점: 고체,액체,기체 모두 열을 가하면 부피가 커짐.
--> 결론: 물질은 열을 가하면 팽창한다.

연역적 탐구 방법의 예:프란체스코 레디의 구더기 실험
가설: 구더기는 파리 알에서 생기고, 고기에서 자연 발생하지 않는다.
실험:두 개의 병에 고기를 넣고, 한 병에는 천으로 덮고 다른 병에는 열어둠.
천으로 덮인 병에는 파리들이 못 들어와서 구더기가 생기지 않고,
열린 병에는 파리들이 들어와 구더기가 생기는 것을 관찰.
결과:파리가 고기에 알을 낳았고, 그 알에서 구더기가 발생함.
따라서, 구더기는 자연 발생하지 않는다는 가설이 증명

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귀납적 탐구:다윈은 수년 동안 갈라파고스 등 여러 지역을 항해하며 다양한 동식물을 관찰했다. 특히 다양한 종류의 핀치새를 연구하면서, 각기 다른 환경에 적응하여 부리 모양이 진화하는 것을 관찰했고, 이를 통해 '자연선택'에 의한 진화론이라는 일반적인 이론을 정립했다.

연역적 탐구: 플라밍의 페니실린발견

특정 세균은 다른 세균의 성장을 억제하는 물질을 생성할 수 있다.

가설:푸른곰팡이는 특정 세균의 성장을 억제하는 물질을 생성할 것이다.

실험:푸른곰팡이가 배양된 접시에서 세균의 성장이 억제되는 것을 관찰했다.

결과:푸른곰팡이가 생성하는 물질이 세균의 성장을 억제하며, 이는 페니실린이라는 항생제로 개발되었다.

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귀납적 탐구 방법의 예: 찰스 다윈의 진화론

자연 현상 괄찰:가라파고스 군도의 핀치 새를 관찰한다

관찰 주제 선정:서식지에 따라 핀치 새의 부리 모양과 크기가 왜 다를까???

탐구 방법 고안: 서식지 별로 핀치 새의 관찰, 측정해본다

탐구 수행: 서식지가 다른 핀치를 채집하여 부리 모양과 크기를 측정한다

탐구 결과 해석: 가라파고스 군도에 사는 핀치는 서식지와 먹이에 따라 부리 모양과 크기가 다르다!

결론 도출: 핀치는 각 서식지의 환경에 따라 적응하여 부리가 진화하였다

연역적 탐구 방법의 예: 레디의 대조 실험

관찰 및 문제 인식: 구더기는 죽은 고기(무생물)에서 발생하는가???

가설의 설정:구더기는 파리로부터 생길 것이다.

탐구의 설계 및 수행:뚜껑이 있는 병과 뚜껑이 없는 병을 준비하여 각각 양쪽에 같은 고기를 넣었고 그대로 방치하였다

결과 분석:뚜껑을 덮지 않은 병에서는 구더기가 발생했으나 뚜껑을 덮은 병에서는 구더기가 발생하지 않았다

결론 도출:고기에 생긴 구더기는 파리로부터 발생하였다

일반화:뚜껑을 덮은 채 고기를 보관하면 구더기가 발생하지 않는다!

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귀납적 탐구 방법의 예: 멘델은 완두콩을 가지고 다양한 교배 실험을 반복했습니다.
씨앗의 모양이 둥근 것과 주름진 것, 씨앗의 색이 노란색과 초록색, 꽃의 색이 보라색과 흰색 등 여러 형질을 교배하면서 결과를 세심하게 관찰했죠. 실험을 거듭하면서 멘델은 단순히 우연이 아니라 일정한 패턴이 반복된다는 사실을 확인했습니다.

특히 자손 세대에서 특정 형질이 약 3 대 1의 비율로 나타난다는 규칙을 발견했습니다. 예를 들어 둥근 씨앗과 주름진 씨앗을 교배했을 때, 둥근 씨앗이 세 부분, 주름진 씨앗이 한 부분의 비율로 나타나는 것을 확인했습니다

이렇게 멘델은 실험을 통해 유전의 기본 법칙을 밝히는 데 성공했습니다.

연역적 탐구 방법의 예: 갈릴레이는 당시 널리 믿어지던 “무거운 물체가 더 빨리 떨어진다”라는 아리스토텔레스의 주장을 의심했습니다. 그는 모든 물체가 진공 상태에서는 같은 속도로 떨어질 것이라는 가설을 세웠습니다. 이를 확인하기 위해 실제로 피사의 사탑에서 무게가 서로 다른 두 공을 동시에 떨어뜨렸고, 그 결과 두 공이 동시에 땅에 떨어진다는 사실을 관찰했습니다. 이 실험을 통해 갈릴레이는 자신의 가설이 옳음을 확인할 수 있었습니다.

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귀납적 탐구 방법의 사례: 세포설-로버트 훅이란 철학자가 현미경으로 코르크 조각을 관찰하다 작은 방처럼 생긴 구조를 보고 셀이라고 이름붙였다. 이후 레벤후크의 단세포 생물 관찰, 슐라이덴과 슈반 등의 과학자들이 식물과 동물을 관찰한 결과 모든 생물이 세포로 구성되어있다는 결론을 냈다.

연역적 탐구 방법의 사례: 에이크만의 각기병 실험

관찰 및 문제인식: 각기병에 걸린 닭의 모이를 현미로 바꾸자 각기병이 나았다.

가설 설정: 현미에 각기병 치료제가 있을 것이다.

탐구 설계 및 수행: 닭을 두 집단으로 나누어 한 집단에는 백미를 한 집단에는 현미를 모이로 줬다.

결과 분석: 백미 집단에서는 각기병이 발생했지만 현미 집단에서는 각기병이 발생하지 않았다.

결론: 현미에는 각기병을 치료하는 물질이 있다

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연역적 탐구

연역적 탐구에 대해 먼저 짚어보자면 일반적인 원리에서 구체적인 사실을 이끌어내는 추론 방식으로 이에대해 쉽게 예로 말하자면 "모든 사람은 죽는다. 소크라테스는 사람이다. 따라서 소크라테스는 죽는다." 라고 설명 할 수 있겠습니다. 이에바탕으로 대표적인 실험 사례로는 푸른곰팡이로부터 페니실린을 발견한 플레밍의 사례 (배양 중 오염된 푸른곰팡이 주변에 세균이 자라지 않는 현상을 우연히 관찰, 곰팡이가 세균을 죽이는 물질, 즉 페니실린을 분비한다는 사실을 확인하고 연구를 거듭하여, 이 물질이 여러 세균에 항균 효과가 있음을 발견)

귀납적 탐구

귀납적 탐구 이에 대해도 짚어보자면 여러 구체적인 사실이나 관찰을 통해 일반적인 결론을 도출하는 추론 방식으로 이에대해 쉽게 예로 말하자면 "수많은 백조를 관찰했더니 모두 하얀색이므로, 모든 백조는 하얗다." 라고 설명 할 수 있겠습니다. 이에바탕으로 대표적인 실험 사례로는 다양한 생물 화석과 관찰 자료를 바탕으로 진화론을 발표한 다윈의 사례 (세계 각지를 다니면서 다양한 생물을 관찰하고 채집, 여러섬에 서식하는 핀치의 부리 모양과 크기가 서로다른것을 관찰, 관찰 결과를 분석하여 핀치가 주로 먹는 먹는 먹이의 종류에 따라 핀치의 부리 모양 크기가 다르다는걸 알게됨, 서식하는 섬에 먹이의 따라 종류가 달라 부리 모양과 크기가 달라졌다는 결론)

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귀납적 탐구 방법 예:멘델레예프의 주기율표 발견

멘델레예프는 19세기 많은 원소들의 성질과 원자량을 조사하면서, 원소들을 체계적으로 정리할 방법을 고민했다. 그는 원자량 순으로 원소를 배열하고 화학적 성질을 비교한 결과, 일정한 간격으로 성질이 반복되는 주기성을 발견했다. 이를 바탕으로 주기율표를 만들고 아직 발견되지 않은 원소의 위치를 예측하기도 했다. 이 과정은 수많은 자료 관찰과 반복된 패턴 확인을 통해 일반 법칙을 도출하였다.

연역적 탐구 방법 예: 아리스토텔레스의 지구가 둥글다는 주장 입증

아리스토텔레스는 연역적 탐구 방법을 통해 지구가 둥글다고 주장했다. 먼저, 그는 천체와 자연현상에는 일정한 규칙이 있으며, 둥근 물체는 그림자를 드리울 때 항상 둥근 모양을 만든다는 일반 원리를 세웠다. 이를 바탕으로 지구가 둥글다는 가설을 세웠다. 실제 관찰 결과, 남쪽으로 이동할수록 보이는 별이 달라지고, 월식 때 지구가 달에 드리우는 그림자가 항상 둥글며, 먼 바다에서 배가 사라질 때 돛부터 사라지는 현상 등이 나타났다. 이러한 모든 관찰은 지구가 둥글다는 가설과 일치하므로, 결론적으로 지구는 둥글다고 볼 수 있다.

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연역적 탐구 예씨: 프란체스코 레디가 생명은 생명에서 생긴다는 가설을 잡았다. 레디는 유리병에 고기를 담고, 한 병은 뚜껑을 열고, 한병은 뚜껑을 닫아두었다. 뚜껑이 열린 병에는 파리가 날아들어 알을 낳았고, 이 병에서 구더기가 발생하였다. 반면에 막힌 병에서는 구더기가 발생하지 않았습니다. 이로써 생명은 생명에서 생긴다는 것을 연역적 탐구로 증명한 것이다.

귀납적 탐구 예시: 로버트 훅은 생물체 특히 생물은 세포들의 집합체이다 라는 가설을 세웠다. 로버트 훅은 현미경을 사용하여 얇게 자른 코르크 조각을 관찰하였다. 코르크는 작은 칸막이 구조로 이루어져 있다는 사실을 확인하였고, 여러부분을 관찰하며 같은 패턴을 반복적으로 기록하였고, 코르크 전체의 공통점인 작은 방 구조의 모임이라는 점을 파악했고 이러한 작은 방 구조를 세포라고 칭하였고 생명체의 기본 구조가 이런 작은 단위로 이루어져 있다는 일반적 개념으로 확장하였따.

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10318 장진우 뉴턴의 프리즘 실험

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10318 장진우 뉴턴의 프리즘 실험

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10308 박현(루이 파스퇴르의 백조 목 플라스크 실험)

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10308 박현(루이 파스퇴르의 백조 목 플라스크 실험)

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10316 이훈 코흐의 탄저균 4원칙 실험

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10316 이훈 코흐의 탄저균 4원칙 실험

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10305문채우-뉴턴의 프리즘 실험

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10305문채우-뉴턴의 프리즘 실험

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토리첼리의 진공실험 10302 김민우

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토리첼리의 진공실험 10302 김민우

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10304류민혁 뉴턴의 프리즘 실험

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10304류민혁 뉴턴의 프리즘 실험

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[이론] 자외선 차단 효과 검증 실험

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[이론] 자외선 차단 효과 검증 실험

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0. 실험 목적 : 자외선 차단 제품의 효과 검증 및 과학적 원리 탐구

1. 준비물 : 자외선 램프, 자외선 조사카드, 자외선 차단 제품(선크림, 선글라스, 섬유 소재 등), 줄자, OHP 필름 등

2. 주의사항 : 자외선 램프를 눈에 절대 비추지 않는다. / 자외선 램프를 피부 등 인체에 직접 실험하지 않는다. / 사용하지 않을 때는 자외선 램프를 꺼놓는다.

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빛의 파장에 따른 스펙트럼

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빛의 파장에 따른 스펙트럼

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[빛의 이용] : 파장이 짧을수록 빛의 투과력(세기)이 강해짐

- 가시광선 : 인간의 눈에 보이는 파장(빨주노초파남보)

- 자외선 : 가시광선보다 짧은 파장으로 눈에 보이지 않는 빛. 사람의 피부를 태우거나 살균작용을 하며, 과도하게 노출될 경우 피부암에 걸릴 수도 있다.

- 적외선 : 적색선의 끝보다 더 바깥쪽에 있는 전자기파. 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징.

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자외선 흡수 차단 실험 1주차 : 실험 설계

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자외선 흡수 차단 실험 1주차 : 실험 설계

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1. 모둠 구성

2. 탐구 주제 및 주제 선정 이유

3. 준비물 및 실험 과정

(준비물 분담 등 댓글로 달아두기)

4. 참고자료 링크

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실험 3, 4주차 : 결과 분석, 캠페인 활동

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실험 3, 4주차 : 결과 분석, 캠페인 활동

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1. 결과 사진 및 내용을 올리고 / 자료를 참고하여 자외선 차단 제품들의 효과, 성분, 소재 등 과학적 원리를 정리할 것

2. 캠페인 활동 계획, 제작할 것

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[참고자료1] 자외선 차단제는 어떻게 산호를 죽였나

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[참고자료1] 자외선 차단제는 어떻게 산호를 죽였나

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지난 2016년 미국의 과학자들이 자외선 차단제의 성분으로 사용되는 '옥시벤존'이 바닷속 산호에 큰 피해를 준다는 연구결과를 발표했다. 당시 미국 내 유통되던 자외선 차단제 중 70%가 옥시벤존을 함유한 탓에 파장이 컸다. 해변 관광으로 유명한 미국 하와이는 지난 2021년부터 옥시벤존이 포함된 자외선 차단제의 사용을 금지하기에 이르렀다. 그리고 지난 6일 미국 스탠퍼드대 연구팀이 어떻게 옥시벤존이 산호초에 악영향을 끼치는지 밝혀내 국제학술지 '사이언스' 최신호의 표지논문으로 발표했다.

미국 스탠퍼드대 연구팀은 산호초에 서식하는 생물들이 옥시벤존을 독성 감광제로 바꾼다는 사실을 밝혀 사이언스 지난 5일자에 발표했다. 옥시벤존은 자외선을 흡수한 뒤 화학반응을 거쳐 열의 형태로 방출하는 화학적 자외선 차단제의 주요 물질이다. 한국과 일본은 알레르기 반응 등을 우려해 화장품 내 옥시벤존 사용한도를 5%, 미국과 유럽연합은 자외선차단제 내 사용한도를 6%로 규정하고 있다.

지난 2016년 옥시벤존이 산호에 악영향을 끼친다는 연구결과 발표 이후 미국 하와이, 미국령 버진아일랜드, 네덜란드의 섬 지방자치단체인 보네르 등에서 옥시벤존을 함유한 자외선 차단제를 금지했다. 미국 플로리다주의 마이애미비치시는 과학적 증거 부족을 이유로 이를 금지하지 않았다.

이 가운데 미국 스탠퍼드대 연구팀은 옥시벤존이 산호에 끼치는 영향을 명백히 밝히고자 화학적, 생물학적 기작을 분석했다. 연구팀은 산호 대신 산호와 유사한 특성을 지닌 말미잘을 실험대상으로 삼았다. 산호는 환경에 매우 민감해 실험실에서 키우기 어렵기 때문이다. 연구팀은 말미잘을 두 가지 환경에서 키웠다. 두 환경 모두 인위적으로 조성한 바닷물 속에서 말미잘을 옥시벤존에 노출시켰다. 그리고 한쪽에는 인공햇볕을 쬐고, 다른 한쪽은 햇볕을 쬐지 않았다. 그 결과 햇볕을 쬔 쪽의 말미잘은 17일 이내에 모두 죽었다. 햇볕이 결정적 역할을 한 셈이다.

연구팀은 옥시벤존이 햇빛을 받았을 때 사람 피부는 보호하는 반면 말미잘과 산호에서는 전혀 다른 결과를 내는 원인을 조사했다. 이를 통해 옥시벤존이 말미잘과 산호의 대사과정에서 포도당이 첨가되며 독성 감광제로 전환된다는 것을 발견했다. 여기서 중요한 것은 평상시에는 산호에 공생하는 미생물들이 독성 감광제를 품어 산호를 보호했다. 그러나 바닷물이 따뜻해지는 등 환경 변화로 산호가 스트레스를 받아 미생물들을 몰아내면 독성 감광제가 직접적으로 산호에 영향을 끼치는 것으로 드러났다.

연구팀은 이 같은 기작이 옥시벤존 외 다른 자외선 차단제 성분들에도 충분히 일어날 수 있다고 경고했다. 옥시벤존과 다른 자외선 차단제 성분들의 화학적 구조가 상당 부분 유사하기 때문이다.

존 프링글 미국 스탠퍼드대 유전학과 교수는 "의학이든 환경과학이든 기본 메커니즘을 올바로 이해하는 것이 해결책을 찾기 위한 최상의 길"이라며 이번 연구결과가 향후 환경에도 안전한 자외선 차단제를 개발하는 데 도움이 될 것이라 밝혔다.

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[표지로 읽는 과학]자외선 차단제는 어떻게 산호를 죽였나

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지난 2016년 미국의 과학자들이 자외선 차단제의 성분으로 사용되는 '옥시벤존'이 바닷속 산호에 큰 피해를 준다는 연구결과를 발표했다. 당시 미국 내 유통되던 자외선 차단제 중 70%가 옥시벤존을 함유한 탓에 파장이 컸다. 해변 관광으로 유명한 미국 하와이는 지난 2021년부터 옥시벤존이 포함된 자외선 차단제의 사용을 금지하기에 이르렀다.

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징크 옥사이드(산화아연, ZnO), 티타늄 디옥사이드(이산화티타늄, TiO₂)

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[참고자료2] 자외선차단제 리플렛

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[참고자료2] 자외선차단제 리플렛

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[참고자료3] 청색광은 망막을 얼마나 손상시킬까

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[참고자료3] 청색광은 망막을 얼마나 손상시킬까

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[팩트체크] 청색광은 망막을 얼마나 손상시킬까

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게티이미지뱅크 제공2018년 미국 톨레도대 연구팀은 청색광(블루라이트)이 망막세포를 변성시켜 시력 저하를 일으킬 수 있다는 연구결과를 내놨습니다. 당시 미국안과학회(AAO)는 해당 실험이 사람이 아닌 쥐의 망막세포로 진행…

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[예시] 캠페인 활동 내용 및 유형

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[예시] 캠페인 활동 내용 및 유형

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<내용>

자외선의 인체 유해성 알리기

자외선 차단 용품 사용 권고

자외선 차단제 특정 성분으로 인한 환경 유해성 알리기

등...

<형태>

3~5분 정도의 UCC(User Created Content)영상 만들기

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주제: 물에 젖은 상태에서 자외선 차단의 효과가 어떻게 달라질까

주제 선정 이유: 평소 자외선 차단제는 여름철 야외활동이나 수영, 운동 중에 자주 사용되지만, 땀을 흘리거나 물에 젖었을 때 효과가 얼마나 유지되는지 궁금했다. 따라서 물에 젖은 상태에서 자외선 차단제의 차단 효과가 변하는지를 직접 실험을 통해 확인하고 싶었기 때문이다.

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주제 및 주제 선정 이유 

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주제 및 주제 선정 이유 

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주제: 선크림 도포 두께 차이에 따른 자외선 차단효과 지속시간

주제 선정 이유: 사람들은 자외선 차단을 위해 선크림을 바르지만, 얼마나 발라야 효과적이며 또한 차단 효과가 얼마나 긴지 모른다. 따라서 자외선 차단 효과 시간을 알아보기 위해 이 주제를 선정하게 되었다.

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주제: 색깔에 따른 자외선 차단 효과 비교 

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주제: 색깔에 따른 자외선 차단 효과 비교 

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주제 선정 이유: 햇빛 차단 필름, 선글라스, 우산 등 일상생활에서 자외선 차단 기능이 중요한 제품들이 많다. 그런데 시중의 필름이나 종이처럼 색깔이 다른 소재가 실제로 자외선을 얼마나 막는지 정확한 정보가 부족했다. 그래서 학생들이 쉽게 구할 수 있는 색깔별 셀로판지를 이용해 직접 자외선 차단 효과를 비교함으로써, 색깔이 자외선 차단 능력에 어떤 영향을 주는지 과학적으로 탐구해보고자 이 주제를 선정하였다.

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주제: 선스틱을 어떻게 바르는 것이 효과 적일까?

주제 선정이유: 선스틱을 바를때 어떤식으로 발라야지 효율적인지 궁금했기 때문이다. 일직선으로 바를때, Z로 발랐을때,둥글게 바를때 어떤 방법이 좋을지 궁금하기 때문이다.

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참고 자료: https://www.cosmopolitan.co.kr/article/1883082

https://m.blog.naver.com/truetruebot/221614307467

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◀ 앵커 ▶

방금 긴소매옷의 자외선차단 효과를 얘기했는데 그중에서도 여름에는 열이 덜 차는 흰색옷을 많이 선호하실 겁니다.

그럼 같은 긴소매라도 방금 말씀드린 이 흰옷과 색깔옷.

색깔에 따라서 자외선 차단 효과에 차이가 있는지.

물에 젖었을 때도 그대로 유지되는지.

이런 궁금증들을 실험으로 알아봤습니다.

이동경 기자입니다.

◀ 리포트 ▶

똑같은 디자인의 면 100% 소재 티셔츠입니다.

색깔별로 자외선을 얼마나 막아주는지 실험해봤습니다.

흰색의 자외선 차단율이 94.8%로 가장 낮았고, 파란색 97.6%, 검은색이 99.5%로 가장 효과가 좋았습니다.

[이정현 연구원/FITI(한국직물시험연구원)]
"자외선도 태양광의 일부이기 때문에, 어두운 계열의 옷일수록 자외선이 투과되지 못하고 (옷에 흡수됩니다.)"

검은색이나 붉은색 옷은 자외선은 잘 차단하지만 열을 많이 흡수해 더워지기 쉽습니다.

때문에 여름철엔 자외선 차단 효과도 적당하고 열도 적게 흡수하는 푸른색과 녹색 옷이 좋습니다.

같은 옷이라도 땀이나 물에 젖으면 마른 상태일 때보다 자외선 차단 효과가 떨어집니다.

섬유 사이에 맺힌 물방울이 돋보기 역할을 해, 자외선을 더 잘 흡수하기 때문입니다.

통풍이 잘되는 성긴 소재의 옷도 구멍으로 빛이 들어와 자외선 차단 효과가 떨어졌습니다.

[김신우 원장/피부과 전문의]
"감에 따라서도 자외선 차단 효과가 달라지기 때문에, 옷을 입었다는 자체만 믿지 마시고 자외선 차단제를 얼굴이나 팔, 다리에 꼭 발라야 합니다."

이렇게 딱 달라붙는 옷을 입으면 자외선이 옷감을 그대로 통과해 피부에 침투할 수 있기 때문에, 햇살이 좀 따갑다 싶으면 다소 넉넉한 옷을 입고 외출하는 게 좋습니다.

MBC뉴스 이동경입니다.

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자외선 차단 의류, 효과는? 옷감·색깔 따라 차단율 다르다

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◀ 앵커 ▶ 방금 긴소매옷의 자외선차단 효과를 얘기했는데 그중에서도 여름에는 열이 덜 차는 흰색옷을 많이 선호하실 겁니다. 그럼 같은 긴소매라도 방금 말씀드린 이 흰옷과 색깔옷. 색깔에 따라서 자외선 차단 효과에 차이가 있는지. 물에 젖었을 때도 그대로 유지되는지. 이런 궁금증들을 실험으로 알아봤습니다. 이동경 기자입니다. ◀ 리포트 ▶ 똑같은 디자인의 면 100% 소재 티셔츠입니다.

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[TIP] 선스틱을 제대로 바르는 방법

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과거에는 선크림이 대세였다면, 최근에는 휴대성이 높고 끈적임이 덜하며 손에도 묻지 않는 선스틱이 지성 피부인 분들을 포함해 많은 분들에게 인기가 높아지고 있습니다. 하지만 대부분 선스틱의 제대로 된 사용법을 몰라서 선스틱이 선크림보다 자외선 차단 효과가 떨어진다는 오해를 받고는 하는데요. 과연 선스틱을 효과적으로 바르는 올바른 방법은 무엇일까요? 1. 최소 두 번 이상 덧바르기 선스틱은 피부 밀착력이 우수해 비교적 쉽게 지워지지 않지만, 한 번 얇게 펴 바르는 정도로는 제대로 된 자외선 차단 효과를 볼 수 없습니다. 선스틱을 바를 때에는 피부 표면에 얇은 막이 생길 정도의 충분한 양을 발라야 하는데요. 얼굴을 이마, 양쪽 볼, 턱 등 부위별로 나누어서 한 부위마다 얼굴 안쪽에서 바깥쪽으로 최소 두 번 이상 덧바르고 굴곡이 있는 코, 광대뼈, 이마 등은 더 신경 써서 꼼꼼히 발라주어야 합니다. 2. 손가락으로 두드리고 손바닥으로 감싸기 선스틱을 꼼꼼히 잘 발라준 뒤, 손가락으로 가볍게 두드리고 손바닥으로 감싸주면 선스틱의 밀착력을 보다 높일 수 있습니다. 특히 선스틱을 바른 뒤 베이스 메이크업 제품을 사용할 경우에는 메이크업이 들뜨거나 뭉치지 않도록 굴곡이 있는 부위를 가볍게 꾹꾹 눌러 밀착시켜 주세요. 3. 2~3시간마다 덧바르기 선스틱을 놓친 부위 없이 꼼꼼히 발랐다면 실내 활동 시에는 더이상 덧바르지 않아도 괜찮지만 야외 활동 시에는 땀이나 외부 환경으로 인해 선스틱이 지워질 수 있기 때문에 2~3시간 간격으로 덧발라주는 것이 좋습니다. 특히 피지와 유분이 많은 지성 피부나 땀 분비가 많은 여름철에는 선스틱이 더 쉽게 지워지기 때문에 더 자주 덧발라주어야 하며, 워터프루프나 스웨트프루프 기능이 있어 유지력이 강한 제품을 사용하는 것도 추천드립니다. 4. 알콜스왑으로 소독해 관리하기 선스틱은 고체의 내용물을 피부에 직접 접촉해 바르는 형태이기 때문에 위생관리를 잘 해주어야 합니다. 외부 세균 등에 노출된 선스틱을 얼굴에 바르게 되면 피부에 직간접적인 영향을 주어 피부 트러블을 일으킬 수 있으므로 선스틱을 바르기 전에 피부에 닿는 면을 알코올 스왑으로 소독하는 것이 좋습니다. 또, 얼굴과 바디용 선스틱을 따로 사용하면 좀 더 위생적으로 선스틱을 사용할 수 있습니다. (c)가격비교를 넘어 가치쇼핑으로, 다나와(www.danawa.com)

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-준비물
선크림, 자외선 램프, 자외선 조사카드, OHP 필름, 자

-실험 방법
1. OHP 필름에 선크림 두께의 양이 0.2mm, 0.5mm가 되도록 바르기
(시간 관계로 양은 소분)
2. 두께가 균일하도록 고르게 펴 바름(오차가 있음)
3. 동일한 환경에서 자외선 램프에 노출
4. 2분 간격으로 색이 얼마나 옅어졌는지 측정

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실험 결과
두께가 0.2mm일 때->약 2분/색이 매우 옅어짐, 차단 효과 지속 시간이 짧음
두께가 0.5mm일 때->약 4분/두꺼울수록 자외선 차단 효과가 오래 지속됨

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준비물: 색깔별 셀로판지, 자외선 감응 종이, 자외선 랜턴, 디벗

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실험방법
1. 자외선 감응 종이를 절반만 가리도록 셀로판지로 덮는다.
2. 높이를 일정하게 하기 위해 물병을 세운 뒤 물병의 높이만큼 자외선 랜턴을 위치한다.
3. 10초 타이머를 설정하고 자외선 랜턴을 이용해 10초 동안 셀로판지를 덮은 자외선 감응 종이에 빛을 쐰다.
4. 색깔마다 위 과정을 동일하게 반복한다.
5. 각 결과를 사진으로 기록하여 색깔에 따른 자외선 차단 효과를 비교한다.

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준비물:선스틱,자외선 카드,자외선 램프

실험방법

1.자외선 카드의 절반을 각각 직선,z,둥근 모양으로 칠한다

2. 자외선 램프를 5초간 비춘다

3.바르는 방식에 따른 자외선 차단 정도를 비교한다

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i)직선으로 바를때

1.바른 라인 사이에 빈 공간이 생기기 쉽다.
2.면적 커버가 부족하여 실제 자외선 차단막이 고르게 형성되지 않는다.
3.일정한 두께가 확보되지 않아 효율이 가장 낮을 가능성이 높다.

ii)z자로 바를때

1.한쪽은 두껍게 바르고 다른 쪽은 얇게 발릴 수 있다
2.고르게 퍼지지 않아 어떤 부분은 잘 보호되지만 다른 부분은 쉽게 탈 수 있다
3.빈틈이 생겨서 전체적으로 보호가 약해질 수 있다

iii)둥글게 바를때

1.선스틱이 한 지점을 중심으로 반복적으로 닿아 특정 부위는 두꺼워지고 주변 부위는 얇아지는 경향이있다
2.전체적으로는 직선보다 균일하지만, Z자 방식보다는 커버 범위가 일정하지 않다
3.중간 수준의 효율을 보인다

실험결과

직선이나 지즈재그는 빈칸이 생기기 쉬워서 같은 양을 발라도 차단력이 떨어질 수 있기 때문에 선스틱을 둥글게 바르는 것이 효율적인 방법이다

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준비물: 일반 선크림, 스틱 선크림, 워터 푸르프, 자외선 조사 카드, OHP필름, 자외선 램프

실험 방법

1. OHP필름을 물에 젖히지 않고 3개의 선크림을 바른다.

2.자외선 램프를 같은 높이에서 10초 동안 비춘다.

3.선크림이 발라져있는 필름에 물을 묻힌다.

4.자외선 램프를 10초동안 비춘다.

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물을 묻히기 전 스틱 선크림은 차단 효과가 매우 좋지 못하고 일반과 워터푸르프는 효과가 좋았다.

물을 묻힌 후 실험한 결과 맨 왼쪽에 배치된 스틱은 효과가 좋지 못했고 가운데의 워터 푸르프는 효과가 좋았고 일반 선크림은 효과가 좀 떨어졌다.

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빨강

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노랑

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초록

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파랑

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보라

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자외선 차단율이 높은 순으로 나열했을 때, 색의 파장 길이가 긴 순과 똑같이 나왔다.

파장길이

빨강: 약 625~740nm / 노랑: 약 565~590nm / 초록: 약 520~570nm

파랑: 450~500nm/ 보라: 약 380~450nm

파장이 긴 빨강 계열의 셀로판지가 자외선 차단 효과가 가장 높았고 파장이 짧은 보라 계열이 가장 낮았다. 이는 파장이 긴 색이 자외선(파장이 짧음. 자외선 파장: 10~400nm)을 더 효과적으로 흡수하거나 반사할 수 있기 때문으로 해석된다. 빛의 파장이 길수록 그 빛을 내는 색소는 짧은 파장(자외선) 영역의 빛을 흡수하는 경향이 있는 것 같다.

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시사점

색깔에 따라 자외선 차단 효과는 뚜렷한 차이를 보였으며, 파장이 긴 색(빨강)이 더 높은 차단 효과를 나타냈다. 이는 일상생활에서 자외선 차단 제품을 선택할 때 색상 선택의 과학적 근거가 될 수 있다. 하지만, 색상 외에도 다양한 요인이 자외선 차단에 영향을 미치므로, 실제 제품 선택 시에는 여러 요소를 함께 고려해야한다

느낀 점

이번 실험을 통해 평소에 궁금했던 색깔과 자외선 차단 효과의 관계를 직접 확인할 수 있어서 매우 흥미로웠다. 단순히 색이 다르다는 이유만으로 자외선 차단 능력에도 차이가 있다는 사실이 신기했다. 또한, 실험을 하면서 셀로판지의 두께나 감응종이에서부터 자외선 랜턴까지의 거리 등 여러 변수들이 결과에 영향을 줄 수 있다는 점도 알게 되어, 앞으로 실험을 설계할 때 더 꼼꼼하게 통제해야겠다는 생각이 들었다.

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canva로 보고서 작성한 사람들은 선생님이 확인할 수 있도록 권한 부여를 풀도록!!!

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