[음악] 과학을 배우는데 있어서 가장 기초가 되는 개념이 바로 시간과 공간이다 자연 세계를 이해하기 위해서는 그 규모와 범위를 아는 것이 매우 중요하다이 단원을 통해 미시 세계와 거시세계 그리고 시간과 공간을 중심으로 한 기본 양과 단위 측정의 표준 그리고 정보를 다루는 방법에 대해 알아보려고 한다 자연 세계는 크게 미시 세계와 거시 세계로 나눌 수 있다 미시 세계는 원자 분자 이혼 럼 아주 작은 물체나 현상을 다루는 세계이다 눈에 보이지 않는 세포나 바이러스 같은 작은 대상들이 여기에 속한다 거시 세계는 나무 동물 천체 럼 우리가 일상에서 볼 수 있는 큰 물체나 현상을 다루는 세계이다 자연 세계는 그 규모에 따라 접근 방식과 측정 방식이 달라지게 된다 아주 작은 세포는 현미경으로 관찰해야 하고 아주 멀리 있는 별은 망원 경우로 관찰하는 것이 완전히 다른 방법인 것과 같다 규모는 어떤 현상의 크기 범위를 의미 하며 시간 규모와 공간 규모가 매우 다양하다 거시적으로는 안드로메다 은하의 경우 나이는 100억 년이고 공간 규모는 약 60kg 파이다 일상적으로는 고양이의 경우 평균 수명이 15년 몸 길이는 0.6m이다 미시적으로는 적혈구의 수명이 12일 지름은 약 7 * 10의 -6m 즉 7 마미이온 아적 그는 세심 원자의 일회 진동에는 91억 9263 1770 1초가 걸리며 반지름은 약 260 피코 미터이다 이처럼 자연 현상을 탐구할 때는 측정 대상의 규모를 고려하여 알맞은 연구 방법을 정하게 된다 과학 기술의 발전은 측정의 정밀도를 높여왔다 과거에는 태양의 위치나 달의 모양 변화와 같은 천문학적 현상을 이용하여 거시 세계의 시간을 측정하거나 육안으로 눈에 보이는 움직임이나 물체의 크기를 단순 도구로 측정했다 현재는 시간에 대해서 세슘 원자의 시계를 이용하여 정밀하게 측정할 수 있다 세슘 원자에서 나오는 빛의 진동수를 이용하여 시간을 측정하는데 매우 정확하게 시간을 측정할 수 있는 방법이다 초고속 투가 전자 현미경을 이용하여 원자나 분자 내부의 움직임을 나노초 이하 단위까지 측정할 수 있다 길이에 대해서는 레이저 길이 측정기를 이용하거나 위성 위치 확인 시스템 GPS 이용하여 넓은 영역에서 위치를 확인하고 미세한 이동 거리를 측정할 수 있다 또한 전자 현미경을 이용하여 나노 단위로 물체를 관찰하고 분석할 수 있다 허블리 제임스 웹 같은 우주 망원경을 이용하면 멀리 있는 천체까지의 거리를 더 정확하게 책정할 수 있는 수준까지 왔다 이처럼 과학 기술의 발전으로 측정할 수 있는 시간과 공간의 규모가 다양해지면서 인간이 경험할 수 있는 자연 세계는 크게 확장되었다 자연 현상을 설명하기 위해 과학에서는 기본 양과 그 단위를 사용한다 기본 양이란 자연 현상 을 설명하는 기본적인 양으로 시간 길이 질량 전류 온도 광도 물질량 총 일곱 가지가 있으며 단위는 국제 단위 계에 따라 각 기본 양의 고유 단위를 사용한다 기본 양은 다른 물리량을 활용하여 표현할 수 없다 유도이 기본 양으로부터 유도된 양으로 유도의 단위는 기본 양의 단위를 조합하여 사용한다 넓이 부피 속력 가속도 힘 밀도 압력 농도 등이다 몇 가지만 살펴보면 부피의 경우 가로 세로 높이의 길이를 곱하여 세제곱미터 단위로 나타내고 속력은 이동 거리를 시간으로 나누어 m/s 단위로 나타낸다 밀도의 경우 질량을 부피로 나누어 kg / 3M 단위로 나타낸다 질량 퍼센 농도는 기본량 비교하여 유도된 결과이므로 유도이 하지만 단위 없이 퍼센트로 나타낸다 퍼센트는 100분을 뜻한다 측정이란 물체의 질량 길이 부피 등의 양을 재는 활동이다 측정은 정확한 현상 설명과 의사 소통을 위해 필수적이다 어림이 어떤 양을 추정하는 활동이다 과학 탐구에서 어림을 측정 경험 과학적인 사고 과정 자료 등을 바탕으로 수행하며 측정 도구를 결정하는데 도움이 된다 예를 들면 3 마이크로리터 액체의 부피를 측정할 때 1리의 매스 실린더를 사용하면 곤란하다 이처럼 부피를 먼저 어림한 후 적절한 용량의 측정 도구를 선택할 수 있다 측정 표준이란 어떤 양을 정확하게 측정하기 위해 기준 삼는 값 또는 도구 구이다 길이의 기본 단위를 1m 정의하여이를 기준으로 다른 물체의 길이를 측정해서 나타낼 수 있는 것이다 만약 기준이 없다면 모두 다른 방식으로 길이 무게 시간 등을 측정하게 된다 예를 들어 누군가는 손바닥 두 개를 1m 아고 하고 다른 사람은 발걸음 세 개를 1m 아고 한다면 일관된 기준이 없어 서로 소통하기 어려워진다 따라서 국제적으로 측정 기준을 통일하여 측정 표준을 사용하게 되었으며이를 통해 신뢰할 수 있는 정보를 제공하고 현상 설명과 의사 소통을 원활하게 할 수 있다 18세기 말에는 지구의 북극에서 적도까지 길이에 1만분의 1을 1m 아고 정의하였고이를 활용해 미터 원기는 1미터에 해당하는 금속 기구를 만들었다 시간의 흐름에 따라 미터 원기가 손상되어 변하지 않는 기준이 필요해졌고 이후 비치 진공에서 2억 9979 2458 1초 동안 이동한 거리로 정의했다 측정 표준을 일상 생활에서 활용한다 폭연 주의보를 안내하거나 과속 단속 카메라가 과속 차력을 단속할 때 미세먼지 농도를 안내하고 공사장 소음을 측정할 때 식품의 성분을 표시할 때 자동차 부품을 생산할 때에 측정 표준을 이용하여 정확하고 일관된 기준의 정보를 제공할 수 있다 신호란 자연의 변화가 발생할 때 나타나는 현상이며 신호는 어떤 정보를 표현하고 전달하기 위한 수단이다 자연계의 빛 소리 열 힘 압력 등 자연에서 우리가 느끼는 대부분의 신호는 아날로그 신호에 해당한다이 신호는 값이 무한히 세밀하게 변할 수 있어서 연속적이다 예를 들면 목소리나 온도가 연속적으로 높낮이가 변하는 것처럼 말이다 센서는 아날로그 신호 즉 물리적 변화를 감지해 전기 신호로 바꾸는 장치이다 센서를 사용하면 자연의 변화를 전기 신으로 변환할 수 있으며 광센서 온도 센서 습도 센서 압력 센서 등이 있다 센서에 의해 변환된 전기 신호는 전압 전류의 형태로 표현된 정부이다이는 변환되어 디지털 신 신호가 될 수 있다 디지털 신호는 0과 1로 이루어진 컴퓨터 데이터나 점과 선으로 이루어진 모스 보호 디지털 시계의 숫자 표시처럼 딱딱 끊겨서 시간에 따라 불연속적으로 변하는 신호이다 디지털 신호는 계산이나 처리가 쉽고 정확하다 아날로그 신호는 시간에 따라 연속적으로 변하는 신호이고 현상을 좀 더 정확하게 표현하지만 저장하거나 전송할 때 손상되기 쉽다 그러나 디지털 신호는 전송 과정에서 그 정보가 거의 손상되지 않으면 저장과 분석이 쉽다 예를 들면 온도 센서와 스마트폰을 활용하여 교실내 위치별 온도 변화를 측정하고자 한다면 온도 센서는 교실내 온도 변화라는 아날로그 신호를 측정하여 스마트폰의 전기 신호를 전달하고 스마트폰은 신호를 분석하여 정보를 디스플레이나 소리로 산출하게 된다 정보 통신 기술이 크게 발전함에 따라 이러한 디지털 정보를 은행 및 금융 교육 운송 및 교통 의료 분야에서 유용하게 이용하고 있다 n