◎ 미리생각해보기

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

한 번 발생하면 우리에게 막대한 피해를 입히는 지진!! 지진 발생 전 미리 알 수 있는 방법은 무엇일까요?

큰 지진이 발생하기 전에는 동물들이 특이한 행동을 하거나, 땅이나 물의 특정 변화 발생 또는, 소규모의 지진이 발생합니다. 실제로 2004년 12월 인도에서 지진과 쓰나미가 발생하였을 때 이를 감지하지 못했던 수천명의 사람들은 죽었지만, 스리랑카 yala국립공원의 코끼리나 원숭이 등의 동물은 쓰나미가 몰려오기 전에 미리 높은 곳으로 이동하여 죽지 않았다고 합니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

도안이 찢어지지 않도록 주의합니다.

회로 연결에 주의하고, 실험과정에 맞추어 진행하도록 합니다.

1. 도안을 떼어 접는선에 맞게 접고, 알루미늄테이프를 세로로 3등분합니다. 이 중 1개는 본체 도안에, 2개는 양 팔 도안에 맞게 잘라 붙입니다.

(주의! 알루미늄테이프를 자르고 붙일 때 찢어지지 않도록 주의합니다.)

2. 알루미늄테이프를 붙인 팔 도안에 와셔를 올려놓고, 알루미늄테이프를 이용하여 고정시킵니다.

(주의! 살구색으로 표시된 부분이 알루미늄테이프, 빗금친 부분이 와셔 부착위치 입니다.)

◎ 실험방법

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

3. 와셔의 크기에 맞게 구멍을 뚫습니다.

(주의! 와셔를 고정시키기 위해 붙인 알루미늄테이프가 와셔의 안쪽면을 감지 않도록 주의합니다. 알루미늄테이프의 접착제는 전류가 흐르지 않습니다.)

4. 두 커넥터의 검은전선끼리 연결하고, 동전형전지(-)극에 알루미늄테이프를 이용하여 붙입니다.

(주의! 동전형전지의 평평한 면만 (-)극입니다. 옆면은 (+)극으로 지나치게 길게 붙여 합선이 일어나지 않도록 주의합니다. 합선이 일어나면 지진경보기가 작동하지 않을 수 있습니다.)

5. 침핀을 이용하여 본체에 구멍을 뚤습니다.

(주의! 손을 다치지 않도록 주의합니다.)

6. 4P커넥터는 오른쪽에 2P커넥터는 왼쪽에 오도록 하여 동전형전지를 붙입니다. 이때 동전형 전지의 (+)극이 아래로 향하도록 붙입니다.

(주의! 전지를 붙일 때 극을 반드시 확인하고 붙이세요. 실험이 잘 되지 않을 수 있습니다.)

7. 실험과정5에서 뚫은 구멍에 LED와 부저를 각 위치에 맞게 끼웁니다.

(주의! 다치지 않도록 주의합니다.)

8. 4P커넥터에 부저를, 2P커넥터에 LED를 끼웁니다. 두 커넥터의 빨간선은 본체의 양쪽 구멍으로 빼줍니다.

(주의! 긴다리가 빨간선(+극), 짧은다리가 검은선(-극)과 닿도록 끼웁니다.)

9. 양면테이프를 이용하여 본체를 조립합니다.

10. 그림과 같은 순서로 밑바닥을 조립합니다.

(주의! 반드시 ① ➜ ② ➜ ③ ➜ ④의 순으로 조립합니다.)

12. 본체의 뚜껑에 구멍을 뚫고 그림과 같이 팔도안을 끼웁니다.

(주의! 뚜껑의 구멍은 반드시 안쪽에서 바깥쪽으로 뚫습니다. 접촉 불량이 발생 할 수 있습니다. 주의하세요!)

11. 양면테이프를 이용하여 그림과 같이 본체를 조립합니다.

13. 연결캡에 침핀을 이용하여 구멍을 뚫습니다. 니크롬선의 한쪽 끝에 볼트를 연결하고 다른 한쪽에는 연결캡을 그림과 같이 끼웁니다.

(주의! 침핀사용시 다치지 않도록 주의하세요.)

14. 실험과정12에서 뚫어놓은 구멍을 통해 니크롬선을 밖으로 빼고 압정핀을 이용하여 고정시킵니다.

(주의! 니크롬선을 당겨 길이 조절을 한 후 연결캡을 압정핀에 꽂아 고정시킵니다.)

15. 양면테이프를 이용하여 남은 도안으로 지진경보기를 꾸며줍니다.

16. 양쪽으로 빠져나온 빨간선을 팔 도안의 알루미늄테이프 위에 붙입니다.

(주의! 전선이 알루미늄테이프와 접촉되지 않으면 전류가 흐르지 않아 실험이 되지 않을 수 있습니다..)

17. 그림과 같이 완성하고, 작동하는지 확인하세요.

(작동이 되지 않을 경우 커넥터와 LED, 부저 연결 상태를 확인하거나, 알루미늄테이프의 부착 상태를 확인하세요.)

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 지진 경보기를 좌우로 약하게 흔들 경우와 강하게 흔들 경우 나타나는 현상을 이야기 해보세요.

⇒ 약하게 흔들 경우 경보음이 울리고, 강하게 흔들 경우 LED에 불이 들어오며

경보음이 울리게 됩니다.

2. 지진경보기의 작동원리에 대해 이야기 해보세요.

⇒ 지진경보기를 좌우로 흔들 경우 경보기 내부의 추가 관성에 의해 제자리에 있게 됩니다.

이때, 추에 연결된 니크롬선이 와셔에 접촉하게 되어 회로에 전류가 흐르므로 LED에 불이

들어오거나 부저가 작동하게 됩니다. 전체적인 회로 구성은 병렬연결이고 니크롬선과 와셔

가 스위치 역할을 합니다.

3. 거리와 속력, 시간은 어떤 관계가 있을까요?

⇒ 거리 = 속력 × 시간

4. A관측소에서 P파의 도달시간이 오전 9시 10분이고, S파는 오전 9시 15분에 도달하였습니다. 진원까지의 거리를 구하세요.(단, P파의 속도는 8km/s, S파의 속도는 4km/s입니다.)

⇒ 진원까지의 거리 구하는 공식 [eqn: d= {(Vp` TIMES `Vs)} over {(Vp-Vs)}×t] 을 이용하면

[eqn: {8km/s` TIMES `4km/s} over {8km/s`-`4km/s} ×300s = 2400km]

즉, A관측소에서 진원까지의 거리는 2400km입니다.

◎ 원리이해

1. 지진

지진은 지구 내부의 지각변동에 의해 발생한 에너지가 파동 형태로 사방으로 전달되어 땅이

흔들리는 현상을 말합니다. 지진의 발생원인은 단층작용, 화산활동, 지하공동의 붕괴 등입니다. 지진이 발생한 곳을 진원이라하고, 진원 바로 위에 있는 지표면의 지점을 진앙이라고 합니다. 지구의 껍데리갈고 할 수 있는 지각은 여러 개의 판으로 나누어져 있습니다. 이 판들은 제각각 움직이면서 서로 밀고 포개지는데, 판과 판이 충돌하는 곳에서는 지층에 엄청난 힘이

가해집니다. 그러다 어느 순간 견디지 못하면 지층이 끊어지면서 엄청난 에너지가 분출되는 것입니다. 따라서 판이 서로 맞닿아 있는 경계에서는 지진이 자주 발생합니다. 간혹, 화산 폭발로 인해 지진이 발생하기도 하지만 대부분의 지진이 일어나는 원인은 판의 움직임에서 찾을 수 있습니다.

2. 지진파

지구 내부에서 급격한 에너지의 분출로 인해 암석의 파괴가 일어나면 그 충격이 지구의 내부나 표면을 따라 전달되는데, 이것을 지진파라합니다. 지진파는 중심파(P파, S파)와 표면파(L파)로 나뉩니다. 중심파는 지구 내부에 3차원적으로 전달되는 지진파로 속도가 빠른 P파(primary wave)와 속도가 느린 S파(sec ondary wave)로 구분합니다.

- P파는 속도가 5~8km/s로 S파보다 빠르기 때문에 관측소에서 가장 먼저 도달하고, 물질의 상태에 관계없이 전달되며, 진동 방향과 진행 방향이 일치하기 때문에 음파와 더불어 종파에 해당합니다. 따라서 P파는 Primary-wave라 부르기도 하고, 진동과 진행 방향이 서로 일치하는 특성에 따라 Push-wave라 부르기도 합니다. 또, S파에 비해 피해 정도가 작으며, 지구 내부에서 지표를 향해 전달될때는 상하 진동이 나타납니다.

- S파는 고체, 액체, 기체에 관계없이 전달되는 P파와 달리 S파는 고체 상태의 물질만 지날 수 있습니다. 따라서 지하 2900km 부근에서 S파가 전달되지 않는 사실로부터 그보다 깊은 곳에 액체 상태의 외핵이 존재할 것으로 추정하고 있습니다.

- L파는 표면을 따라 진행하기 때문에 표면파라고도 합니다. 지진이 발생하면 속도가 가장 빠른 P파(약 5~8km/s)가 가장 먼저 도달하며, 다음으로 S파(약 4km/s)가 도달하고 속도가 가장 느린 L파(약 3km/s)가 가장 나중에 도달합니다. 지진이 발생한 진원으로부터 가까운 곳에서는 S파와 표면을 따라 진행하는 L파가 함께 뒤섞여 쉽게 구분이 되지 않지만 진원으로부터 수백km 떨어진 곳에서는 S파와 뚜렷하게 구분되는 L파가 관측됩니다. 가장 나중에 도달하는 L파는 지면을 크게 진동시키기 때문에 산사태를 일으키거나 지표면의 높은 건물에 피해를 줍니다. 표면파인 L파는 진원의 깊이가 얕을수록 더 효과적으로 발생하며 러브파[지표를 따라 전파되는 횡파]와 레일리파[지표를 따라 전파되는 지진파로 러브파보다

느리다]로 구분됩니다.

3. 지진요소

① 진원시(Origin time)

어떤 지점에서 지진동을 느꼈다면 이 지진동이 전파하기 시작한 시각이 있을 것입니다. 즉, 지진파가 처음 발생한 시각이 바로 ‘진원시’입니다. 이것은 어떤 지점에서 진동이 감지되거나 지진계에 기록된 시각보다 지진파가 전파해온 시간인 주행시간(travel time)만큼 빠를 것입니다. 지진파는 일정한 속도를 가지고 있기 때문에 거리에 비례하여 도착하게 됩니다. 즉 우리가 진동을 느끼거나 지진계에 기록되는 시각은 지진의 발생지점으로부터 거리에 따라 각각 차이를 두고 나타납니다. 따라서 여러 곳에서 시간차를 두고 기록되었다 해도 결국 진원시를 계산해 보면 모두 같은 시각 값을 갖게 됩니다.

② 진원(Hypocenter)과 진앙(Epicenter)

‘진원’이란 암석의 파괴가 일어난 지점으로 깊이의 개념이 포함되어 있습니다. 실제로 암석의 파괴가 일어난 범위는 수십km 또는 수백km에 달하므로 지진파의 전부가 한 점에서 발생한 것이라고 할 수 없습니다. 지진은 일정한 넓이를 가진 영역에서 일어난 것이라고 생각할 수 있는 것으로 그 영역을 ‘진원역’이라고 합니다. 진원은 진원역중에서 최초로 지진파가 발생된 점, 즉 지진이 시작된 점으로 반드시 진원역의 중심에 해당하는 것은 아닙니다. 한편, 진앙은 진원의 바로 위 지표면의 지점입니다. 진원지라고 하는 것은 진앙의 지명이 됩니다. 진원은 진앙의 위도, 경도, 진원의 깊이로 나타냅니다. 이밖에 공간적 요소로서 진원거리와 진앙거리가 있는데 이들은 각각 임의의 관측소에서 진원과 진앙까지의 거리를 말합니다.

③ 규모(Magnitude)와 진도(Seismic intensity)

지진의 크기를 대표하는 수치로는 절대적 개념의 ‘규모’와 상대적 개념의 ‘진도’라는 용어가 사용되고 있습니다. ‘규모’란 지진발생시 그 자체의 크기를 정량적으로 나타내는 양으로서 진동에너지에 해당합니다. 이는 계측관측에 의하여 계산된 객관적 지수이며 지진계에 기록된 지진파의 진폭과 발생지점까지의 진앙거리를 이용하여 계산합니다. 진도는 어떤 장소에 나타난 진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도입니다. 그렇지만 지금은 계측기에 의해서 직

접 관측한 값을 진도 값으로 채택하는 경우도 많습니다. 진도는 지진의 규모와 진앙거리, 진원 깊이에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인원현황에 따라 달리 평가될 수 있습니다. 따라서 규모와 진도는 1대1 대응이 성립하지 않으며 하나의 지진에 대하여 여러 지역에서의 규모는 동일수치이나 진도 계급은 달라질 수 있습니다.

4. 지진계

지진계는 지진으로 인한 땅의 흔들림을 기록하는 기계입니다. 지구 내부는 눈으로 볼 수도 만질 수도 없고, 그 곳으로 사람이 갈 수도 없으며, 우주와 같이 탐사선을 보낼 수도 없습니다. 지구 물리학자들은 여러 도구를 만들었고, 그 중 하나가 지진계입니다. 지진이 일어날 때 생긴 지진파는 지구 속으로 숨어 들어가서 그곳의 정보를 날라다주는 리포터이고, 지진계가 그 정보를 기록하게 됩니다. 무거운 추를 실에 매단 후 실의 끝을 잡고 좌우로 빠르게 움직여 보면 추는 정지된 채 그대로 있습니다. 이러한 원리를 이용한 것이 지진계입니다. 지진이 발생하면 땅이 흔들리고 땅에 박혀 있는 지진계도 흔들리게 되지만 지진계의 추만은 관성에 의해 정지되어 있으므로, 회전원통 기록지에 땅의 흔들림을 기록할 수 있는 것입니다. 지진계는 수평 지진계와 수직 지진계가 있으며, 지진 관측소에서는 한 대의 수직 지진계와 서로 직교하는 방향으로 두 대의 수평 지진계를 한 조로 설치하여 지진을 입체적으로 기록하고 분석합니다.  [출처 : 기상청]

⇒ 여러 가지 지진관측 장비로는 다음과 같습니다.

5. ps시

지진이 발생하면 지진이 발생한 진원으로부터 지진파가 전달되는데, P파(약5~8km/s)와 S파(약4km/s)는 각기 다른 속도로 전달됩니다. 즉, P파가 지진 관측소에 먼저 도달하고 S파는 속도가 느려 지진 관측소에 나중에 도달합니다. 이때, 지진기록에 나타난 P파와 S파의 도달시간차이를 ‘PS시’ 혹은 ‘초기 미동 시간’이라 하며, S파가 도달한 이후부터를 주진동이라 합니다. 지진이 발생한 지점에서 관측소까지의 거리가 멀수록 PS시가 길어집니다. 따라서 지진 관측소에 기록된 PS시를 이용하면 지진이 발생한 지점까지의 거리를 구할 수 있습니다. 즉, P파의 속도를 Vp, S파의 속도를 Vs, PS시를 T라 하면 진원까지의 거리(d)는 다음과 같습니다.

[eqn: d= {(Vp TIMES Vs)} over {(Vp-Vs} TIMES T]

6. 지진발생시 대처요령

지진은 사전 예보가 불가능한 자연재난이므로 평상시 지진대처요령을 숙지하여 지진이 감지되면 침착하게 대응하는 것이 무엇보다 중요합니다. 강진이 발생하면, 처음에는 가볍게 흔들리는 것으로 지진동이 시작되어 곧 격렬한 진동이 이어지나 그 지속시간이 수초 내지 수십 초에 불과하기 때문에 신속하게 주변에서 안전한 장소를 찾아 상황에 맞는 적절한 대처를 하여야 합니다. 지진발생시 가장 우려되는 상황은 화재의 발생입니다. 따라서 인화성 기기를 사용하는 곳에서는 가스 밸브를 잠그는 등의 화재 예방조처에 전력을 기울여야 하며, 화재발생시 주위사람들과 협력하여 조기 진화할 수 있도록 최선의 노력을 하여야 더 큰 피해를 막을 수 있습니다. 만약 화재가 발생하면 연기가 꽉 차게 되므로, 연기를 마시지 않도록 자세를 최대한 낮추고 대피하여야 합니다. 지진 대피시 TV나 라디오에서 발표하는 재난관리책임기관의 정보에 따라 행동하여야 합니다. 휴대라디오나 휴대폰 등으로 올바른 정보를 수신하여야 하며, 재난관리책임기관에서 발표하는 정보를 신뢰하고 침착하게 행동하는 것이 중요합니다. 대규모 지진이 발생하면 사람들은 심리적으로 동요하게 되며, 확실하지 않은 유언비어나 헛소문에 휩쓸리게 되어 혼란이 가중됩니다. 따라서 사람들이 전하는 소문이나 출처불명의 정보에 휩쓸려 행동하는 일이 없도록 각별히 주의하여야 합니다.

학습목표

지진경보기를 만들어 보고, 지진과 지진해일, 여러 가지 지진계에 대해 알아봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

한 번 발생하면 우리에게 막대한 피해를 입히는 지진!! 지진 발생 전 미리 알 수 있는 방법은 무엇일까요?

◎ 미리생각해보기

와셔(대 1개, 소 1개), 동전형전지(1개), LED(1개), 부저(1개), 연결캡(1개), 압정핀(1개), 너트(1개), 침핀(1개), 2구커넥터(1개), 4구커넥터(1개), 니크롬선(1개), 알루미늄테이프(1.5개), 양면테이프, 도안(1장)

※ 직접준비해주세요.(가위 또는 칼, 송곳)

◎ 실험준비물

1. 지진경보기를 좌우로 약하게 흔들 경우와 강하게 흔들 경우 나타나는 현상을 이야기 해보세요.

2. 지진경보기의 작동원리에 대해 이야기 해보세요.

3. 거리와 속력, 시간은 어떤 관계가 있을까요?

4. A관측소에서 P파의 도달시간이 오전 9시 10분이고, S파는 오전 9시 15분에 도달하였습니다. 진원까지의 거리를 구하세요. (단, P파의 속도는 8km/s, S파의 속도는 4km/s입니다.)

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점