목 차
1. 식물의 색, 무엇에 의해 결정될까?
1차시. 보이는 색, 보이지 않는 색 ··· 5
2차시. 변화하는 꽃의 비밀 ··· 11
3차시. 식물의 색이 완성되려면 ··· 17
4차시. 빛 공간상자를 만들어 보자 ··· 25
5차시. 빛이 만드는 색깔 ··· 29
2. 작지만 넓은 지문의 세계로 빠져 봅시다. 1차시. 여러 가지 방법으로 지문을 떠보자 ··· 37
2차시. 지문에도 스타일이 있다 ··· 49
3차시. 똑 같은 지문을 찾아라 ··· 59
3. 핏자국은 어디에서 날아왔을까? 1차시. 피가 떨어진 높이는 얼마일까? ··· 71
2차시. 핏자국은 어디에서 날아왔을까? ··· 79
<학생용>
식물의 색, 무엇에 의해 결정될까?
중학교용
식물의 색, 무엇에 의해 결정될까?
첫 눈이 올 때까지
첫 눈이 올 때까지
희정이는 첫 눈이 올 때까지 손톱에 들인 봉선화 물이 남아 있으면 소원이 이루어진다는 이야기를 들었습니다. 그 말을 꼭 믿는 것은 아니지만 내심 설레는 기분이 되어, 올 겨울 봉선화 물이 남아있는 손톱으로 첫 눈을 맞고 싶다는 생각을 했지요.
하지만 아무리 주위를 둘러보아도 여름 내 흔하던 붉은 봉선화 꽃이 모두 떨어져 버렸는지 찾을 수가 없군요. 어렵게 찾아낸 봉선화는 흰 꽃과 푸른 잎사귀들뿐. 이것만으로는 희정이의 소박한 낭만을 찾아줄 수 없을까요?
다행히, 식물의 색은 눈에 보이는 것만으로 결정되는 것은 아니라는 사실!
잎과 꽃에 담긴, 식물 속에 숨은 색깔의 진실을 찾아가 볼까요?
<학생용 활동지>
01. 보이는 색, 보이지 않는 색
한여름에도 붉은 색을 띄는 홍단풍 잎을 본 적이 있나요? 그래도 잎인데, 녹색의 엽록소가 있어야 하는 것 아 닐까요?
식물의 잎 속에 숨어 있는 색소가 있 다면, 봉선화의 초록색 잎만으로도 손 톱에 물들이기가 가능할지 몰라요.
어디, 식물 속 보이지 않는 색소를 찾 아가 볼까요?
다양한 식물의 색
우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 과일과 채소 등은 매우 다양한 색을 지니고 있 다. 여러 가지 식물의 색은 무엇에 의해 결정되는 것일까? 각각의 식물이 가 진 색깔은 어떤 특성을 가지고 있는지 알아보자.
▪ 아래의 그림은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 다양한 식물을 나타낸 것이다.
식물의 색과 관련한 경험을 이야기해보자.
▪ 똑같이 붉은 과일이라도 토마토와 딸기를 조금 잘라 흰 종이에 문질러 과즙을 관찰해보면, 색깔에 차이가 있다. 두 과일 속에 포함된 색소의 성질에 어떤 차이 가 있는 것일지 설명해보자.
식물 속 숨은 색소를 찾아라!
겉으로 보기에는 비슷한 색깔을 가진 식물이라도 색소의 종류와 특성에는 차이 가 있다. 색소마다 용매에 녹는 정도가 다름을 이용하여, 식물 속 숨은 색소 를 분리해보자.
실험 크로마토그래피로 숨어있는 색소를 찾아보 아요.
(출처: http://blog.naver.com/rosystar)
☼ 실험목표
1. 봉선화 잎과 홍단풍 잎의 숨은 색소를 크로마토그래피로 분리할 수 있다.
2. 크로마토그래피 결과로부터 두 종류의 잎에 포함된 색소를 비교할 수 있다.
3. 색소의 전개율을 계산할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 크로마토그래피 방법을 숙지하여, 색소를 분리하기 위한 기준선이 전개용매에 닿지 않도록 유의한다.
☼ 실험 준비물 (2인 1조 기준)
봉선화 잎 2장, 홍단풍 잎 1장, 전개용매(물:에탄올=1:1) 100mL, 크로마 토그래프 용지 2장, 거름종이 2장, 동전 2개, 연필(나무젓가락) 1개, 투 명테이프 1개, 500mL 비커 1개(눈금실린더 2개로 대체 가능)
☼ 실험방법
1. 크로마토그래피 용지의 아래에 서 1cm 정도 지점에 기준선을 그 은 후 각각의 잎을 접어 올리고, 동전을 세워 문지른다. 바닥에 거 름종이를 깔면 깔끔하다.
2. 동전에 눌려 식물의 즙이 크 로마토그래프 용지에 묻어나면, 색이 진해질 때까지 4~5회 반복 하여 즙이 농축되게 한다.
3. 눈금실린더 또는 비커에 전개 용매(물:에탄올=1:1)를 넣고 식물 의 즙이 묻어있는 크로마토그래 프 용지를 연필 또는 나무젓가락 에 고정한다. 이 때 전개용매가 식물 즙의 기준선에 직접 닿아서 는 안 된다.
4. 약 10분 정도 기다리는 동안 크로마토그래피의 원리에 대해 알아보고, 전개용매가 어느 정도 전개되었을 때 색소 분리 상태를 확인하여 용지를 꺼낸다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 실험 결과를 아래의 표에 그림으로 그려 정리해보자.
색소의 분리 결과를 그림으로 표시하기 봉선화 잎
홍단풍 잎
2. 각각의 잎에 숨어 있던 색소를 모두 찾아 써 보자.
- 봉선화 잎 : - 홍단풍 잎 :
3. 잎 속에 공통적으로 들어있는 색소는 무엇일까?
4. 식물의 잎에 공통적으로 들어 있는 색소는 어떤 역할을 할까? 식물 잎의 기능 과 연결 지어 설명해보자.
☼ 실험 원리
크로마토그래피는 혼합물 속에 들어있는 여러 성분들이 전개용매 상에서 화학적 성질에 따라 분리되도록 하는 방법이다. 이 실험에서는 식물의 집에 들어있던 여 러 가지 색소들이 전개용매와 함께 이동하면서 전개용매에 녹는 정도, 종이와 잘 달라붙는 정도에 따라 각각 분리된다. (출처: 스미소니언 교양과학 백과 2, Denise Kiernan ․ Joseph D'Agnese, 2007, 이치사이언스)
식물 속 색소들은 그 특성에 따라 용매에 녹는 정도, 즉 용해도에 차이가 있다.
이 때문에 어떤 색소들은 전개용매를 따라 종이를 따라 먼저 분리되고, 어떤 색 소들은 매우 느리게 이동하거나 기준선 위에 남아 있게 된다. 이러한 이동 속도 의 차이를 이용하여 식물의 잎에 존재하는 색소를 분리해낼 수 있다.
계산 색소의 전개율을 계산해 보아요.
식물 속 색소마다 용매에 녹는 정도가 다르다는 점을 이용하면, 색소가 분리된 시간에 차이가 있더라도, 각 색소가 전개된 정도에 따라 색소를 구분할 수 있다.
☼ 준비물
색소가 분리된 크로마토그래피 용지, 자, 계산기
☼ 유의사항
1. 전개 용매 또는 성분 색소가 이동한 거리를 측정할 때는 기준점에서부터 시작 해야 한다.
▪ 각 색소의 전개율(Rf)을 아래의 공식을 이용하여 계산해보자.
전개 용매가 이동한 거리 성분 색소가 이동한 거리
색소의 종류 잎의 종류
봉선화 잎 홍단풍 잎
☼ 원리
크로마토그래피의 결과를 정확하게 분석하기 위해서는 용매가 움직인 거리와 성 분 물질이 움직인 거리를 측정한 후 그 비율을 계산한다. 이를 전개율(Rf)이라고 하며 물질에 따라 고유한 값을 나타내므로 이러한 성질을 이용하여 혼합물 속에 포함된 성분물질을 구분할 수 있다. (출처: Basic 고교생을 위한 화학 용어사전, 서인호, 2002, (주)신원문화사)
<학생용 활동지>
02. 변화하는 꽃 색의 비밀
같은 나무인데도, 수국은 매년 서 로 다른 색의 꽃을 피우곤 합니 다. 수국의 색은 변화무쌍해서 때 로는 흰색, 어느 때는 분홍, 보라 에서 파랑까지, 다채로운 색깔을 보여줍니다.
같은 그루에서 자라는 꽃인데도, 꽃의 색깔이 달라지는 이유는 무 엇일까요?
꽃 색의 신비
수국의 꽃에 포함된 색소는 어떤 특징을 갖기에, 때에 따라 색깔이 달라지는 것 일까? 식물의 색에 영향을 주는 또 다른 요인을 찾기 위한 실험을 해보자.
실험 장미꽃 색소가 산성과 염기성을 만날 때
<그림> 장미꽃 뜨거운 물 추출액(좌)과 에탄올 추출액(우)
☼ 실험방법
1. 장미꽃 6송이를 모두 꽃잎을 떼 어내어 준비한다.
이 중 절반은 뜨거운 물로, 절반은 에탄올로 색소를 추출하게 된다.
2-1. 뜨거운 물 추출법
뜨거운 물에 장미꽃잎을 넣고 가열 한다.
☼ 실험 목표
1. 뜨거운 물과 에탄올을 사용하여, 장미꽃에서 색소를 추출할 수 있다.
2. 장미꽃 추출액이 산성과 염기성에서 반응할 때 어뗜 변화가 생기는지 말할 수 있다.
3. 식물의 색에 영향을 주는 요인으로 물의 액성과 같은 환경의 변화를 유추하고, 식물 색소의 특징을 말할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 에탄올로 색소를 추출할 때, 에탄올에 의한 추출액은 공기 중에 오랫동안 놓아 두면 색깔이 변하는 경향이 있으므로 가급적 즉시 사용하고, 남은 것은 랩으로 덮어 보관한다.
2. 뜨거운 물로 색소를 추출할 때, 데이지 않도록 유의한다.
☼ 실험 준비물 (4인 1조 기준)
장미 6송이, 에탄올 100mL, 더운 물 100mL, 전열기, 300mL 비커 4개, 키친타월 1롤, 거즈 2장, 소형 믹서 1개, 산성/염기성 용액 5~6 종류(식초, 주스, 주방용세제, 식소다, 락스 등), 3×2 홈판 2개, 1회용 스포이드 6개, 견출지 14매
2-2. 거름망에 거즈를 올려놓고 걸 러낸다.
대부분 물을 사용할 때, 더 진한 즙 이 얻어지는 경향이 있다.
2-3. 에탄올 추출법
에탄올과 장미꽃잎을 함께 믹서에 넣고 간다.
2-4. 거름망에 거즈를 올려놓고 걸 러내고, 분쇄한 찌꺼기가 떠다닐 경 우 키친타월을 2겹 정도 겹쳐서 다 시 한 번 걸러주면 맑은 액을 얻을 수 있다.
3. 홈판에 4~5가지 종류의 산성과 염기성 용액 희석액을 스포이드로 나누어 담는다.
이 때, 각각의 용액을 견출지 등으 로 표시해두면 나중에 헷갈리지 않 는다.
4. 산성 또는 염기성 용액에 장미꽃 추출액을 떨어뜨렸을 때의 색 변화 를 관찰한다. 에탄올로 추출한 색소 와 뜨거운 물로 추출한 색소를 비교 하여 관찰해도 좋다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 뜨거운 물과 에탄올로 추출한 장미꽃 지시약은 서로 같은 색깔인가? 차이가 있 다면 무엇 때문일지 생각해보자.
2. 실험 결과 나타난 색깔을 아래의 표에 정리해보자.
사용한 용액 장미꽃 지시약을 떨어뜨렸을 때의 색 변화 산성
↑ (성질)
↓ 염기성
3. 수국의 색깔이 매년 달라질 수 있는 이유는 무엇일까? 실혐 결과와 연결 지어 설명해보자.
4. 장미꽃의 색소를 추출한 장미꽃 지시약은 용액의 성질에 따라 색깔이 달라진 다. 그런데도 장미는 왜 수국처럼 매년 색깔이 달라지지 않는 것일까? 나름의 가 설을 세워 친구들과 서로의 생각을 이야기해보자.
5. 실험 결과를 바탕으로 식물의 색을 결정짓는 요인에 무엇이 있을지 생각해보 자.
☼ 실험 원리
꽃의 색깔과 같은 식물의 색을 결정짓는 주요인은 색소이다. 그러나 장미꽃, 붉 은 양배추, 포드의 즙에서 볼 수 있는 천연지시약인 안토시아닌 색소의 경우에는 그 자체의 색을 나타낼 때도 있지만, 그 외의 여러 가지 요인이 복합적으로 작용 하여 적색에서 청색에 이르기까지 광범위한 색을 나타낸다. 이러한 의문을 풀기 위해 20세기 전반기에 독일과 영국 그리로 일본 학자들간에 안토시아닌의 발색에 대한 연구와 논쟁이 진행되었다.
그 중 하나의 유력한 설은 안토시아닌을 함유하고 있는 세포액의 pH(산성도)에 식물의 색이 영향을 받는다는 것이다. 그러나 이것만으로 설명되지 않는 부분이 있다. 한 가지 예로 안토시아닌 색소는 산성에서는 안정되어 색이 변하지 않지만 중성이나 염기성 용액에서는 불안정하여 탈색되기 쉽다. 이는 실험결과를 지켜봄 으로써 확인할 수 있다.
또 다른 가설은 식물 속에 포함된 금속 원소나 다른 색소 등이 안토시아닌 색 소와 결합하여 안정적인 다른 색을 띠게 된다는 것이다.
그러나 현재까지 발표된 어떠한 가설도 식물의 색과 관련한 모든 현상을 종합 적으로 설명하지 못하며, 지금까지는 현재까지 발표된 여러 가지 가설들이 복합 적으로 작용한 결과로 판단하고 있다.
(출처: 꽃색의 신비, 손기철, 2000, 건국대학교출판부)
<학생용 활동지>
03. 식물의 색이 완성되려면
2008년 베이징 올림픽의 수영 경기 장, 워터큐브를 알고 있나요?
신비롭고 아름다운 반투명 외벽으로 베이징 올림픽에서 가장 아름다운 경 기장으로 선정되었던 건물이지요. 그런데 이 건물의 디자인, 어디선가 본 듯한 무늬 아닌가요? 기억을 떠올 려 보세요.
자연에서 따온 무늬
워터큐브에 사용된 디자인은 사실 자연계에서 흔히 볼 수 있는 패턴이다. 다음 의 사진에서 반복되는 무늬의 특징을 생각해보고, 이러한 패턴이 식물 속에서 는 어떤 부분에서 나타나는지 이야기 해보자.
흰 색소란 없다?
식물의 색을 결정하는 가장 기본적인 요인은 색소이다. 하지만, 흰 꽃처럼 색소 만으로는 설명할 수 없는 식물의 색깔이 분명 존재한다. 하얀 양파를 눌러 즙 을 내도 흰 색의 색소가 묻어나오지는 않는다. 그저 투명한 액체가 있을 뿐.
그럼 또 어떤 요인이 존재하는 것일까?
▪ 흑장미와 붉은 장미의 즙은 모두 붉은 색을 띤다. 색소의 종류는 같은데도 겉으로 보았을 때 꽃의 색깔에 차이가 생기는 이유는 무엇일 까? 나름의 이유를 생각해보자.
▪ 붉은 장미와 흑장미의 표피세포와 관련한 아래의 그림을 보고, 겉으로 보이는 색깔의 차이가 생기는 이유를 설명해 봅시다.
<그림 1> 붉은 장미와 흑장미의 표피세포 구조 및 배열
<그림 2> 붉은 장미와 흑장미의 표피세포의 형태에 따른 그림자
▪ 색소 이외에 식물의 색을 결정짓는 또 다른 요인은 무엇일까? 붉은 색소만을 가진 흑장미가 검게 보이는 이유와 관련지어 설명해보자.
세포의 배열을 닮은 보로노이 다이어그램
▪ 식물의 표피세포 배열이 식물이 색과 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 알아보 았다. 이번에는 워터큐브, 주상절리, 식물의 세포 배열 등 자연에서 나타나는 패 턴의 의미와 유용성을 설명할 수 있는 수학적 모델인 보로노이 다이어그램을 직 접 도안해 보자.
작도 보로노이 다이어그램의 원리는?
<그림> 팔손이 줄기의 횡단면 (광학현미경, 600배)
☼ 목표
1. 수직이등분선을 작도하여, 삼각형의 외심을 찾고 간단한 보로노이 다이어그램 을 그릴 수 있다.
2. 보로노이 다이어그램의 의의를 설명할 수 있다.
☼ 준비물 (개인별)
A4 용지 1/2장, 색깔이 다른 사인펜 2가지, 연필, 컴퍼스, 자
☼ 작도방법
1. 반으로 자른 A4 용지에 사인 펜으로 세포의 중심이 되는 점 을 2개 찍고, 점을 이어 선분을 그린다.
2. 컴퍼스에 연필을 끼운 후, 두 점을 중심으로 하는 반원을 그 린다. 이 때, 반원의 반지름은 삼각형의 선분 길이의 1/2보다 커야 한다.
3. 두 점에서 그려진 반원이 겹 쳐지는 교점을 선분으로 연결하 여 수직이등분선을 그린다.
4. 주변에 또 다른 세포의 중심 점을 한 개 찍은 후, 같은 방법 으로 가까이 접해있는 점을 연 결하여 선분을 그리고 수직이등 분선을 그린다.
5. 세 점이 이루는 삼각형의 세 변을 수직이등분하는 선들이 만 나는 교점을 찾아 다른 색 사인 펜으로 점을 찍는다.
이 점은 처음 세 점이 이루는 삼각형의 외심과 같다.
☼ 결과 및 토론
1. 아래의 그림은 여러분이 그린 작도 결과에서 수직이등분선만을 남긴 모습이다.
세포의 중심이 되는 처음 세 점 주위로 그려진 수직이등분선은 식물세포에서 무 엇을 의미할까?
2. 위와 같은 수직이등분선에 의해 나누어진 세포의 경계는 어떤 점에서 세포에 유용할지 토의해보자.
3. 자연계의 세포들은 공간을 효율적으로 배분하며 배열되며, 이러한 세포의 배열 과 같은 패턴을 보로노이 다이어그램이라고 한다. 세포의 수가 많아지면 보로노 이 다이어그램의 형태는 어떤 모습일지 생각해보자.
☼ 원리
보로노이 다이어그램을 그리는 원리는 삼각형의 외심을 찾는 방법과 같다. 삼각 형의 꼭지점이 모두 하나의 원 위에 있을 때, 삼각형 바깥쪽에 접해 있는 외접원 의 중심을 외심이라고 한다. 외심에서 A, B, C 세 꼭지점까지의 거리는 원의 반지 름이므로 모두 같다. 즉, 외심은 인접한 두 세포 사이에서 물질이동 등 다양한 생 리작용이 일어날 때 어느 세포에도 치우치지 않는, 가장 효율이 높은 동일 거리 에 위치하게 된다.
만들기 보로노이 다이어그램을 직접 그려보아요.
☼ 목표
1. 공간을 효율적으로 배분한 보로노이 다이어그램을 그릴 수 있다.
2. 보로노이 다이어그램을 이용한 빛 공간상자 제작을 위한 준비 단계를 수행할 수 있다.
☼ 유의사항
1. 도안을 할 때, 이전 단계에서와 같이 정확한 수직이등분선 작도를 하게 되면 시간이 무척 오래 소요되므로 대략적인 선을 연필로 그려가면서 보로노이 다이어 그램을 완성한다.
☼ 준비물 (개인별)
A4 용지, 색깔이 다른 사인펜 2가지, 연필, 자, 투명 OHP 용지, 가위, 칼, 커팅매트, 진한 색 유성펜, 12색 매직
☼ 도안방법 (1단계)
1. A4 용지에 사인펜으로 15~20 개 정도의 점을 찍는다.
사용하게 될 부분은 가로10cm, 세로10cm의 정사각형 크기임을 염두에 둔다.
2. 한 점을 중심으로 가장 가까 이 있는 점을 선분으로 연결한 다. 이 때, 연필로 그리는 것이 좋다.
주위에 가까운 모든 점을 연결 하여 여러 개의 삼각형이 접하 도록 그린다.
3. 각각의 선분에서 1/2 지점을 찾아 직각 방향으로 선을 긋는 다. 즉, 수직이등분선을 그린다.
4. 각각의 수직이등분선이 만나 이루는 다각형을 다른 색깔의 사인펜으로 표시한다.
5. 수직이등분선에 의해 나누어 진 공간을 모두 선으로 연결하 면 보로노이 다이어그램이 완성 된다.
☼ 제작방법 (2단계)
1. 투명 OHP 필름을 왼쪽 그림 과 같은 크기로 자른다.
전개도를 그린 후, OHP 필름에 복사하여 사용할 수 있다.
2. 접는 선을 따라 쉽게 접히도 록 칼등으로 눌러준다.
3. 보로노이 다이어그램 도안 위에 투명 OHP 용지를 대고, 유성매직으로 도안을 따라 선을 그린다.
4. OHP 위에 그려진 다이어그 램의 도형 안쪽을 다양한 색깔 의 유성매직으로 색칠한다.
<학생용 활동지>
04. 빛 공간상자를 만들어보자!
같은 상자 안 공간인데도, 빛이 비치는 각도, 어떤 색깔의 빛을 통과했는지에 따라 다른 느낌을 보여주는 빛 공간상자.
상자 안을 메운 구조물이 비슷 한 듯 서로 다른 세포들이 모임 처럼 보이지 않나요?
빛 공간상자 만들기
보로노이 다이어그램을 이용하여 빛 공간상자를 만들어 봅시다.
실험 빛 공간상자를 만들어 보아요.
☼ 실험목표
1. 보로노이 다이어그램을 이용하여 식물세포의 배열을 본뜬 빛 공간상자를 만들 수 있다.
2. 빛 공간상자에서 빛의 진행 경로를 추리함으로써 빛의 투과와 반사 과정을 이 해할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 상자를 제작하기 위해 두꺼운 종이를 자를 때, 손을 다치지 않도록 주의한다.
☼ 지도 시 유의사항
1. 주어진 도면대로 상자를 제작할 수도 있지만, 재활용 상자를 사용하거나 상자 의 크기와 높이를 스스로 설계할 수 있다. 이런 경우, 전 차시의 보로노이 다이어 그램 도안 시 크기를 고려하여 제작하도록 한다.
☼ 실험 준비물 (개인별)
8절 두꺼운 종이(마분지), 자, 커터칼, 커팅매트, 딱풀, 가위, 양면 테이프, 반투명종이(트레이싱지), 투명 테이프, A4 거울필름(거울 시트), 보로노이 다이어그램 도안이 그려진 투명 OHP 필름 뚜껑
☼ 실험방법
1. 두꺼운 종이에 상자 도면을 그리거나, 인쇄한다.
(가로 10cm × 세로 10cm × 높이 5cm)
2. 접는 선을 따라 쉽게 접히도 록 칼등 또는 볼펜을 이용하여 눌러준다.
3. 중앙의 상자 밑면에 액자 모 양으로 구멍을 뚫고, 잘라내야 할 상자의 옆면 날개 부분을 자 른다.
4. 액자 모양으로 뚫은 상자의 밑면에 반투명종이(트레이싱지) 를 딱풀로 붙인다.
5. 접는 선을 접어 상자의 형태 를 잡아본다. 접었을 때 아귀가 맞지 않는 부분은 다듬어준다.
6. 마주한 양쪽 상자의 안쪽에 양면테이프를 붙인다.
7. 양면테이프로 상자의 옆 날 개를 안쪽으로 고정하여 붙이 고, 상자를 완성한다.
8. 거울필름(거울시트)을 상자의 높이 5cm에 맞추어 길게 자른 다.
9. 거울필름(거울시트)을 적당한 길이로 자른 후 원하는 형태를 만들어 기둥 모양으로 붙인다.
10. 거을필름 기둥은 상자 안에 서 식물 조직 속의 여러 세포들 처럼 채워지게 된다.
이를 고려하여 자신이 원하는 크기와 모양으로 거울 필름 기 둥을 여러 개 제작한다.
11. 도안해 둔 보로노이 다이어 그램의 세포 배열과 유사한 배 열이 되도록 거울 필름 기둥을 상자 안에 가득 채워 넣는다.
12. 전 차시에 제작해 둔 OHP 필름을 상자의 뚜껑처럼 덮는 다.
OHP 필름 뚜껑의 주위를 투명 테이프로 돌려 고정하면, 뚜껑 처럼 열고 닫는 것이 가능하다.
13. 다양한 각도에서 빛에 비추 어보면서 관찰한다.
☼ 결과 및 토론
1. 빛 공간상자의 각 구조들은 빛이 통과하여 우리 눈이 색을 인식할 때까지 어 떤 역할을 하고 있는가?
구조 역할
보로노이 다이어그램 도안이 그려진 OHP 필름
거울면
거울 필름 기둥의 배열
트레이싱지 (반투명 종이)
2. 빛이 비치는 각도에 따라 색깔이나 밝기가 다르게 보이는 이유는 무엇일까?
<학생용 활동지>
05. 빛이 만드는 색깔
(출처: 전셋집 인테리어, 김동현, 2012, 미호)
같은 전구를 사용해도, 조명 의 디자인에 따라 빛의 느 낌은 아주 다르게 느껴집니 다. 사람이 조명을 디자인하 듯, 자연은 식물세포와 조직 을 디자인하여 여러분의 눈 에 빛을 보내고 있는지도 모르겠습니다.
빛 공간상자를 요리조리 뜯어보자!
지난 시간에 제작한 빛 공간상자는 식물의 모습을 본뜬 디자인을 토대로 하고 있다. 빛 공간상자의 각 요소들을 식물과 비교한다면, 어떤 공통점과 차이점 이 있을까?
토의 빛 공간상자와 식물 비교하기
1. 빛 공간상자가 식물의 모습을 본따 만들어졌음을 고려할 때, 공간상자를 이루 는 각 요소들는 식물에서 어떤 부분과 비교할 수 있을지 토의해보자.
빛 공간상자 식물의 조직
보로노이 다이어그램 도안 색칠된 OHP 필름 뚜껑 거울 필름 기둥의 모양
2. 제작된 빛 공간상자와 식물의 조직 사이에 유사점과 차이점은 무엇일까? 모둠 별로 친구들과 토의하여 생각을 정리해보자.
유사점
차이점
토의․발표 나만의 빛 공간상자를 만든다면?
친구들이 만든 빛 공간상자와 자신의 작품을 비교해가며 관찰하고, 빛 공간상자 의 설계를 바꾸어본다면 어떤 부분을 바꾸어보고 싶은지 토의하여 발표해보자.
☼ 준비물 (4인 1조 기준)
모둠 칠판, 보드 마카펜 4개, 활동지
☼ 토의 과정
1. 빛 공간상자 완성품을 관찰해보고, 색깔의 차이를 나타내기 위해 바꾸어보고 싶은 요소를 결정해보자.
2. 설계를 바꾸었을 때, 빛 공간상자에는 어떤 변화가 생길까? 겉으로 보이는 색 깔의 차이를 중심으로 결과를 예측해보자.
만들기 빛 공간상자를 모아모아
☼ 활동 목표
친구들이 제작한 빛 공간상자를 모아 협동작품을 만들어보자.
☼ 유의사항
1. 학급 인원에 따라 그룹을 이루어 팀별 협동작품을 만들 수도 있고, 학급원이 모두 참여하여 하나의 작품을 완성할 수도 있다.
2. 협동작품에 들어가는 빛 공간상자의 개수를 고려하여 적절한 크기의 빈 상자 를 준비한다.
☼ 활동 준비물
빛 공간상자 완성품 여러 개, 빈 상자, 칼, 투명 테이프, 양면 테이프
☼ 실험방법
1. 빛 공간상자를 여러 개 쌓아 올려보면서, 협동작품의 배치를 구상한다.
2. 상자의 중간 부분을 빛 공간 상자의 높이에 맞게 잘라낸다.
3. 상자 틀에 빛 공간상자를 테 이프로 고정하여 완성한다.
완성된 작품에 이름을 붙여보 고, 빛에 비추어가며 관찰한다.
<학생용>
작지만 넓은 지문의 세계로 빠져 봅시다
중학교용
핏자국은 어디에서 날아왔을까?
핏자국이 말하는 소리를 들어라
국과수 경력 15년차 김대원이 현장에 도착한 시간은 아침 7시였다. 새벽부터 몸부림치듯 울리는 전화벨 소리에 이미 직감은 하고 있었지만 막상 현장에 와보니 상황은 생각했던 것 보다 더 심각했다. 범인도, 의심되는 용의자도 더구나 피해자도 현장에 없었다. 오로지 땅바닥과 벽에 흩뿌려진 핏자국들...
그러나 우리의 베테랑 CSI 김대원은 이내 입가에 미소를 머금었다. 핏자국들이 서로 외쳐대는 소리를 눈으로 들었던 것이다. 일반인들에게는 의미없어 보이는 단순히 붉은 핏자국들이지만 김대원은 그것들이 말하는 소리를 듣고 이 곳 현장에서 무슨 일이 벌어졌는지 알아낼 수 있었던 것이다.
누가 어디에서 어떤 흉기로 상처를 주었는지 그리고 어디로
달아났는지 그야말로 범죄를 재구성하는 것이다. 이제 범인은
김대원을 곧 만나게 될 것이다.
01. 여러 가지 방법으로 지문을 떠보자
왼쪽 사진은 손가락 끝의 지문을 보 여주고 있습니다. 잘 보이나요? 어떻 게 생겼고 특징은 무엇일까요? 유리 컵이나 창문에 찍힌 지문을 좀 더 잘 떠내기 위해서 좋은 방법이 없을까 요?
휴대폰의 지문방지 필름
http://blog.naver.com/sgpfilm?Redirect=Log&logNo=16 6002483
휴대폰을 만지다 보면 금방 액정에 지문이 묻는 것을 종종 볼 수가 있죠. 이 것이 싫은 사람들은 지문 방지 필름을 구입해서 액정 위에 붙이곤 하죠. 지문 방지 필름을 붙이면 왜 지문이 잘 묻지 않을까요? 평상시 지문이 잘 찍히는 물건을 떠올리면서 필름의 원리를 생각해 봐요.
실험 컵에 묻어 있는 지문을 찾아라
☼ 실험목표
1. 지문 현출기법 중 분말법(고체법)의 원리를 알 수 있다.
2. 분말법을 더욱 개선하기 위한 방법을 창의적으로 제시한다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 브러시에 너무 많은 분말이 묻지 않도록 한다.
2. 지문 분말이 날리지 않도록 조심한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 지문 분말을 들이마시면 건강에 좋지 않으므로 유의시킨다.
2. 분말과 브러시를 가지고 장난치지 않도록 유의시킨다.
☼ 실험 준비물
콤팩트지문분말, 콤팩트분말용 브러시, 지문리프터, 밝은 색의 컵(대 신에 밝은 색의 음료수 캔도 좋은 재료이며 준비하기 어려울 경우 슬라이드글라스로 대신한다) 핸드크림
☼ 실험방법
1. 손바닥에 핸드크림을 아주 조금 바른 다음 자신의 지문을 컵에 살짝 찍고 옆사람에게 건 네준다.
2. 비닐장갑을 착용한 후 옆 사 람에게서 건네받은 컵을 빛에 비스듬히 비추어 지문의 유무와 위치를 확인한다.
3. 콤팩트를 열고 브러시에 분 말가루를 조금 묻힌 후 지문 위 에서 부드럽게 돌려준다.
4. 나타난 지문을 리프터(또는 폭이 넓은 스카치테이프)를 사 용해 조심스럽게 떠낸 후 활동 지에 붙인다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 지문이 잘 나타났는가? 두 번 이상 실시하여 좋은 결과를 아래 상자 안에 붙이자.
컵에서 발견된 범인의 지문
2. 지문이 잘 드러나지 않았다면 그 이유는 무엇일까? 또 브러시를 최대한 부드럽 게 사용해야 하는 까닭은 무엇인지 생각해보자.
☼ 실험 원리
1. 지문이란 무엇인가?
지문은 손가락 끝의 손바닥 쪽에 표피가 융기돼 생긴 선(융선)에 의해 형성된 줄무늬다. 이는 피부층 중 표피 밑층인 진피에서 만들어진 것으로 진피 부분이 손상되 지 않으면 평생 동안 변하지 않는 특성을 갖는다. 지문 패턴이 다양한 인자의 영향을 받는 형질로, 유전에 의 해서도 많은 부분 결정되는 측면이 있기도 하지만 환경 의 영향을 많이 받는데, 지문이 형성되는 시기가 태아 시기인 약 6주에서 13주 경에 나타나기 때문에 엄마의 뱃속 환경의 영향을 받는다는 것을 짐작할 수 있다.
주로 태아가 손가락 끝이나 발가락 끝으로 양막을 터치할 때의 영향을 받는다고 하는데, 정확하게 알려진 것은 없다. 이는 지문이 태아의 발생 과정에서 ‘볼라패 드’(volar pad)라 불리는 판이 자랐다가 피부로 흡수되면서 무작위로 생성되기 때 문이다. 이렇게 환경의 영향을 받기 때문에 일란성 쌍둥이라고 할지라도 지문의 패턴은 다를 수 있다.
2. 지문이 찍히는 이유
피부는 손바닥과 발바닥을 비롯하여 어디에나 분비샘들이 있다. 때문에 손가락 이 닿은 물체에는 우리 살갗의 자국이 찍힌다. 유리, 도기, 자기, 금속면, 벽면 등 과 같이 매끈한 표면에 특히 지문이 선명하게 남는다. 이 곳에 브러시를 이용하여 고운 분말가루를 도포하면 육안으로 쉽게 구별할 수 있는 지문이 드러나게 된다.
닌히드린법을 이용한 지문 뜨기
유리나 컵과 같이 표면이 매끄러운 곳에 지문이 묻었을 때는 자세히 보면 지문이 살짝 보이기도 한다. 그러나 종이와 같이 표면이 거친 곳에 묻은 지문은 절대 맨 눈으로 관찰할 수가 없다. 이럴 때 사용하는 닌히드린법은 마술과도 같이 지문을
실험 종이에 묻어 있는 지문을 찾아라
☼ 실험목표
1. 지문 현출기법 중 닌히드린법(액체법)을 이용하여 지문을 찾을 수 있다.
2. 닌히드린 발색 반응의 원리를 알 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 닌히드린 용액이 손에 묻지 않도록 비닐장갑을 착용한다.
2. 용액을 사람을 향해 분무하지 않는다.
3. 다리미에 화상을 입지 않도록 주의한다.
4. 가연성 알코올을 사용하므로 화기에 주의한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 지문은 신선할수록 떠내기 쉬우므로 핸드크림을 잘 바르고 지문을 찍도록 한다.
2. 닌히드린용액이 피부에 직접 닿으면 보라색으로 변색되므로 반드시 비닐장갑 을 착용해야 하며, 용액의 증기를 들이마시지 않도록 환기를 잘하거나 마스크 착 용을 권장한다.
☼ 실험 준비물
종이(A4 용지), 닌히드린용액, 분무기, 다리미, 신문지, 코팅 용지, 코팅기, 핸드크림, 1회용 비닐장갑
☼ 실험방법
1. 손바닥에 핸드크림을 충분히 바른 뒤 A4 용지에 손바닥 전 체를 잘 눌러 찍는다.
2. 분무기에 담긴 닌히드린 용 액을 종이에 뿌려 종이가 충분 히 적셔지도록 한 뒤, 종이가 마르도록 5분 정도 놓아둔다.
3. 지문 위에 종이 또는 수건을 한 장 깔고 지문이 나타날 때 까지 다리미로 다려준다.
4. 손바닥 모양과 지문 등이 잘 드러나면 코팅하거나 비닐봉투 에 넣어 보관한다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 지문 또는 장문의 모양이 잘 나타났는가? 무슨 색깔인가?
2. 흑연가루를 사용하는 분말법(고체법)과 닌히드린 용액을 사용하는 액체법을 실 험에 소요되는 시간, 조작방법, 편리성, 적용대상 물체 등을 중심으로 비교해보자.
3. 아래 그림은 닌히드린 반응의 원리를 간단히 나타낸 것이다. 반응식을 보고 원 리를 생각해보자. 또 실험과정에서 다리미를 사용한 까닭은 무엇인지 생각해보자.
닌히드린 + 아미노산 → 보라색 물질 +이산화탄소 +물 +기타
☼ 실험 원리
1. 손가락 끝의 분비물 중의 아미노산에 화학적 반응을 일으켜서 지문을 검출하 는 방법으로 종이류에서 지문을 검출하는 경우에 자주 사용한다. 닌히드린은 아미 노산의 -NH2기와 반응하여 Ruheman purple이라 불리는 보라색 물질로 변한다.
닌히드린 + 아미노산 → 보라색 물질 +이산화탄소 +물 +기타
닌히드린 보라색 (Ruhemann's purple)
즉, 닌히드린은 아미노산에 반응하며, 신선한 지문 성분 중 닌히드린에 반응할 수 있는 아미노산의 분율이 적어 처음에는 색깔이 나타나지 않지만, 온도와 습도 를 조절하면 단백질의 분해가 이루어져 반응이 잘 일어난다. 보통 24시간 정도가 경과하면 자연스럽게 지문이 드러나는데, 그 속도를 빠르게 하기 위하여 다리미로 열을 가한다.
2. 닌히드린은 생물학적 착색제로서 잠재지문에 함유된 아미노산과 반응을 한다.
닌히드린은 종이와 같은 다공성 표면의 잠재문을 현출하는 가장 일반적인 방법으 로써 피부 분비물이 분해하여 생성되는 아미노산과 반응하여 오렌지색에서 자주 색에 이르기까지 적용 환경과 분비물의 성분에 따라 조금씩 다른 색깔 반응을 보 인다. 닌히드린 반응은 가열 및 가습 조건에서도 몇 주일이 지나야 완료되기도 하 며 때로는 몇 개월 이상이 걸리는 경우도 있다. 닌히드린은 단백질에 반응하는 시 약이 아니고 단백질이 분해되어 생성되는 아미노산에 반응하는 시약이기 때문에
“아미노산 시약”이라
부른다. 따라서 찍힌 지 얼마 되지 않은 신선한 지문은 단백질이 아미노산으로 분 해된 진행률이 크지 않기 때문에 닌히드린 반응이 잘 나타나지 않는다. 발효조건 에 가까운 고온 다습한 환경에서 단백질 분해가 왕성하므로 증거물을 이런 환경 에 보관했다가 닌히드린 처리를 하는 것도 하나의 요령이 될 수 있다.
토 의 어떤 방법으로 지문을 떠낼까?
n 위의 그림은 CSI 수사대원이 닌히드린법을 이용하여, 생일파티 때 피의 자가 썼던 고깔모자에서 지문을 떠내는‘CSI 라스베가스’의 한 장면이 다. 그러나 실제 현장에서 근무하고 있는 CSI 대원들은 이 장면을 보고 닌히드린법 보다는 분말법이 더 적합하다고 말한다. 이유가 무엇인지 생 각해보자.
1. 사진에서 비이커에 담긴 것은 무엇이라 생각하는가? 또 그렇게 생각한 이유는 무엇인가?
2. 분말법이 더 적당하다고 생각하는 이유는 무엇인가?
참고 자료
지문인식 시스템
지문인식을 위해 광학방식(프리즘, 홀로그램)과 비(非)광학방식(반도체센서, 초음 파 등)의 센서를 이용한다. 이러한 지문인식 센서에는 기본적으로 전류를 흘리거 나 맥박, 온도를 감지하는 기능이 추가되어 생체가 아닌 모형 물질로 속이는 것 을 방지한다. 지문 정보가 입력되면 그림과 같은 방법으로 특징점을 추출하는 등 의 이미지 프로세싱을 통해 미리 등록된 지문정보와 비교하여 본인여부를 최종 판정하게 된다.
강한 빛을 플래튼(platen)에 쏘아 플래튼에 얹혀진 손 끝의 지문 형태를 반사하 면, 반사된 지문의 이미지가 고 굴절 렌즈를 통과해 CCD(빛을 전기로 변환시켜 판독될 수 있도록 만든 장치)에 입력되는 방식이다. 후자는 피부의 전기전도 특 성을 이용해 실리콘 칩 표면에 직접 손 끝을 접촉시키면 칩 표면에 접촉된 지문 의 특수한 모양을 전기 신호로 읽어 들이는 방식으로, 생체학적 특징을 이용한 것이다.
두 가지 방식 모두 제조회사마다 약간씩 다르기는 하지만 기본 구조는 같다. 즉 지문인식기술의 기본 구조는 크게 입력부와 인증부로 이루어져 있는데, 입력부는 지문을 읽어 올 수 있도록 촬영하는 센서 기능을, 인증부는 데이터 베이스와 현 재 사용자의 지문을 대조해 본인 여부를 인증하는 기능을 한다. 보통 지문 돌기 의 분기점·끝점 또는 끊어진 점 등으로 구성되는 특징점의 위치와 속성을 추 출·저장·비교하는 알고리즘을 채택하고 있다.
[비광학방식] [광학방식 ; 프리즘, 홀로그램]
생체인식기술 가운데 안정성과 편리성 면에서 기능이 뛰어나고, 가장 간편하면서
참고 자료 사라지는 지문의 미스테리
1993년 테니시주의 녹스빌에서 Art Bonahan은 어린 여자 아이의 유괴 사건을 해결하는데 지문 감정법을 사용할 수 있으리라 생각했다. 소녀는 집에서 끌려나 와 녹색 차에 태워졌는데, 곧 공격자로부터 탈출할 수 있었고, 경찰에 그 차에 대 해 묘사할 수 있었다. 4일 후 경찰은 차를 발견했고 그 소유주를 체포했다. 그러 나 그 소녀가 정말 그 차에 있었을까? Art Bonahan은 소녀의 지문을 찾기 위해 차를 조사했고, 접착제를 사용한 훈증법이라는 최신의 지문 감정 기술을 사용했 다. 그러나 지문은 발견되지 않았다.
소녀의 유괴자는 다른 증거들을 바탕으로 결국 유죄 선고를 받았지만, Art Bonahan은 왜 자신이 그 차에서 지문을 발견하지 못했는지 이상하게 생각했다.
그래서 그는 아이들과 어른의 지문이 지속되는 정도를 비교하는 테스트를 하기로 결심했다. 그는 어른들의 지문은 며칠 동안 유지되는 데 반해, 아이들의 지문은 몇 시간 안에 사라지는 것을 발견하고 놀라움을 금치 못했다. Art Bonahan이 말 하기를, " 그건 마치 아이들의 지문 속 화합물들은 어른들의 것보다 빨리 증발한 다는 것 같았다."
지문에 의해 남겨지는 잔류물의 99%는 물이다. 다른 1% 안에는 기름, 에스테르, 염류, 요소, 아미노산 등이 들어있다. 오크 리지 국립 연구소의 과학자들은 50명의 아 이들과 어른 자원자들의 지문에 존재하는 화합물을 질량분석기와 같은 기술을 사용 해서 밝혀내었다. 그들이 발견한 결과는 사 라지는 지문의 미스테리를 해결해주었다.
아이들의 지문은 어른들의 것보다 좀 더 분자량이 작은 지방산을 포함하고 있 었다. 상대적으로 가벼운 분자량과 적은 극성으로 인해 그들의 분자간 인력은 약 했고, 그 화합물들은 휘발성을 가졌으며, 그 결과, 아이들의 지문은 쉽게 증발한 것이다. 대조적으로, 어른들의 지문에는 긴 사슬의 알코올과 긴 사슬의 지방산이 만든 에스테르가 포함되어 있었다. 이것들이 왁스 - 반고체나 고체로 존재하는, 분자량이 커서 휘발성이 적은 유기화합물-이다. 왁스의 예로는 라놀린이 있는데, 이것은 wool의 성분이고, carnuba 왁스는 가구 광택제로 사용된다. 사춘기 이전 의 아이들은 피부에 왁스 화합물을 생산하지 않는다. 그러나 어른들의 피부에 있 는 피지선에서는 피지- 유기화합물의 복잡한 혼합물(트리글리세라이드, 지방산, 콜레스테롤, 왁스 등)-가 생산된다. 이런 분비선들은 손에는 거의 없고, 대부분 등 가운데, 이마, 뺨 등에 존재한다. 당신이 얼굴을 만졌을 때 그 화합물들이 손
02. 지문에도 스타일이 있다
지문의 모양이 서로 같은 사람은 지 구상에 단 한 사람도 없습니다. 유전 자가 서로 완벽하게 동일한 일란성 쌍생의 경우도 지문만큼은 서로 다르 지요. 이렇게 다양한 지문을 자신만의 기준으로 분류해 봅시다.
여러 가지 모양의 지문들
유전적으로 동일한 일란성쌍생아 조차도 지문은 서로 다르다고 한다. 이처럼 다 양한 지문이지만 여러 가지의 지문을 관찰하다 보면 일종의 경향성을 발견하게 된다. 아무리 서로 다르다 할지라도 지문이 마구잡이로 생긴 것은 아닌 모양이 다. 지문을 그 경향성에 따라 나름의 기준을 세워 분류해보자.
실험 나만의 방법으로 지문을 분류해보자
☼ 실험목표
1. 지문의 형태적 특징을 알 수 있다.
2. 자신만의 분류 기준을 제시하고 그에 따라 지문을 분류할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 가위에 손을 다치지 않도록 한다.
2. 스탬프를 이용하여 지문을 찍을 때 지문의 어느 한 쪽부터 다른 한 쪽까지 돌 려가며 찍어서 지문이 보다 넓게 찍히도록 한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 너무 다양한 지문의 분류는 혼란을 야기하므로 4~5가지를 추천해 준다.
☼ 실험 준비물
지문 스탬프, A4종이, 가위
☼ 실험방법
1. 모둠원 각자의 지문을 흰 종 이 위에 찍은 다음 가위로 그림 과 같이 자른다. (5명 기준)
2. 지문이 찍힌 50개의 종이를 나름대로의 분류 기준을 정하여 분류한다.
3. 각 모둠별 분류 기준과 그에 따른 분류 결과를 발표한다.
☼ 실험 결과 및 토론
각 모둠 별로 확립한 분류기준은 무엇이며 몇 가지로 분류하였는가? 또 가장 합 리적인 방법은 어느 모둠의 방법이라고 생각하는가?
지문의 네가지 스타일
다양한 지문을 분류하는 방식은 여러 가지가 있다. 실제 신원확인이나 범인의 검거를 위하여 경찰 또는 CSI 대원들이 사용하는 분류법은 조금 더 세분되어 있 다. 이번 실험에서는 전통적인 방법에 따라 지문을 4가지 type으로 분류해보자.
실험 지문의 모양을 분류해보자
제상문 궁상문 와상문
☼ 실험목표
1. 지문의 다양함을 알 수 있다.
2. 나름의 분류기준을 세울 수 있으며 기준에 의해 지문을 분류할 수 있다.
3. 다양한 지문을 와상문, 제상문, 궁상문, 복합문으로 나누어 구분할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 손가락에 너무 많은 양의 잉크를 묻히지 않도록 한다.
2. 너무 많이 묻었을 경우는 다른 종이에 살짝 한 번 찍어서 잉크를 제거한다.
3. 너무 힘주어 누르면 지문이 뭉개질 수 있으므로 적당한 힘을 가한다. 다른 종 이에 두세 번 연습을 해보는 것이 좋다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 지문의 중심부에서 아래쪽으로 즉 손가락 마디 방향의 지문이 잘 나타나도록 찍어야 지문의 분류가 보다 용이함을 주지시킨다.
2. 잉크를 가지고 친구들과 장난치지 않도록 주의 시킨다.
☼ 실험방법
1. 손을 깨끗이 닦고 말린 다음, 손가 락에 지문 잉크를 묻힌다.
2. 지문이 잘 나올 수 있도록 약간 돌 리면서 지문 카드의 지정란에 지문을 찍는다.
3. 아래 그림을 참고하여 자신의 지 문이 어떤 형태인지 결정하고, 반 전 체의 통계를 조사해보자.
(whole : 와상문 arches : 궁상문 loop : 제상문 accidental : 복합문)
<지문카드>
☼ 실험 결과 및 토론
전체 인원수 : ( )명
1조 2조 3조 4조 5조 6조 7조 8조 통계
와상문(whorl) ( )개 =
( )%
궁상문(arches) ( )개 =
( )%
제상문(loop) ( )개 =
( )%
복합문 ( )개 =
( )%
1. 가장 빈도가 높은 지문 유형은 무엇인가?
2. 가장 빈도가 낮은 지문 유형은 무엇인가?
3. 우리나라 뿐 아니라 전 세계의 빈도를 조사하고 비교해보자.
☼ 실험 원리
현대에 들어서는 더욱 더 복잡하고 정교한 방법에 의해 지문을 구분하고 있으나 전통적으로는 크게 4가지로 지문을 구분해 왔다. 와상문, 제상문, 궁상문 그리고 복 합문이 그것이다. 와상문은 만곡이 계속돼 소용돌이 모양이다. 높이와 폭에 따라 원 형 중간형 타원형으로도 구분하는데 유전학상 타원형이 원형보다 더 많이 나타난 다. 제상문은 융선 중 최소 하나는 시작한 쪽으로 되돌아오는 것으로 쉽게 말해 말 굽모양이다. 열려있는 부분이 엄지쪽으로 향하면 갑종, 새끼손가락쪽으로 향하면 을 종이라고 세분하기도 하는데 갑종 보다 을종이 많다고 한다. 궁상문은 융기선이 모 두 다른쪽으로 흐르는 것으로 활모양이다. 통계상 동양인에겐 궁상문이 적고(2~3%) 제상문과 와상문이 각 45～52%로 비슷하지만 서양인에겐 궁상 제상문이 많고 와상 문은 적다고 알려져 있다.
토의 일란성 쌍생아의 지문은 서로 같을까?
▪ 1란성 쌍생아의 경우는 유전적으로 완벽하게 동일한 사람이다. 그렇다면 이들 의 손가락 지문도 같을까? 손가락의 지문은 유전인지 아닌지 또 지문을 결정하는 요소에는 무엇이 있을지 찾아 친구들과 이야기해보자.
참고 자료 사라지는 지문의 미스테리
1993년 테니시주의 녹스빌에서 Art Bonahan은 어린 여자 아이의 유괴 사건을 해결하는데 지문 감정법을 사용할 수 있으리라 생각했다. 소녀는 집에서 끌려나 와 녹색 차에 태워졌는데, 곧 공격자로부터 탈출할 수 있었고, 경찰에 그 차에 대 해 묘사할 수 있었다. 4일 후 경찰은 차를 발견했고 그 소유주를 체포했다. 그러 나 그 소녀가 정말 그 차에 있었을까? Art Bonahan은 소녀의 지문을 찾기 위해 차를 조사했고, 접착제를 사용한 훈증법이라는 최신의 지문 감정 기술을 사용했 다. 그러나 지문은 발견되지 않았다.
소녀의 유괴자는 다른 증거들을 바탕으로 결국 유죄 선고를 받았지만, Art Bonahan은 왜 자신이 그 차에서 지문을 발견하지 못했는지 이상하게 생각했다.
그래서 그는 아이들과 어른의 지문이 지속되는 정도를 비교하는 테스트를 하기로 결심했다. 그는 어른들의 지문은 며칠 동안 유지되는 데 반해, 아이들의 지문은 몇 시간 안에 사라지는 것을 발견하고 놀라움을 금치 못했다. Art Bonahan이 말 하기를, " 그건 마치 아이들의 지문 속 화합물들은 어른들의 것보다 빨리 증발한 다는 것 같았다."
지문에 의해 남겨지는 잔류물의 99%는 물이다. 다른 1% 안에는 기름, 에스테르, 염류, 요소, 아미노산 등이 들어있다. 오크 리지 국립 연구소의 과학자들은 50명의 아 이들과 어른 자원자들의 지문에 존재하는 화합물을 질량분석기와 같은 기술을 사용 해서 밝혀내었다. 그들이 발견한 결과는 사 라지는 지문의 미스테리를 해결해주었다.
아이들의 지문은 어른들의 것보다 좀 더 분자량이 작은 지방산을 포함하고 있 었다. 상대적으로 가벼운 분자량과 적은 극성으로 인해 그들의 분자간 인력은 약 했고, 그 화합물들은 휘발성을 가졌으며, 그 결과, 아이들의 지문은 쉽게 증발한 것이다. 대조적으로, 어른들의 지문에는 긴 사슬의 알코올과 긴 사슬의 지방산이 만든 에스테르가 포함되어 있었다. 이것들이 왁스 - 반고체나 고체로 존재하는, 분자량이 커서 휘발성이 적은 유기화합물-이다. 왁스의 예로는 라놀린이 있는데, 이것은 wool의 성분이고, carnuba 왁스는 가구 광택제로 사용된다. 사춘기 이전 의 아이들은 피부에 왁스 화합물을 생산하지 않는다. 그러나 어른들의 피부에 있 는 피지선에서는 피지- 유기화합물의 복잡한 혼합물( 트리글리세라이드, 지방산, 콜레스테롤, 왁스 등)-가 생산된다. 이런 분비선들은 손에는 거의 없고, 대부분 등 가운데, 이마, 뺨 등에 존재한다. 당신이 얼굴을 만졌을 때 그 화합물들이 손
03. 똑같은 지문을 찾아라
우리는 흔히 지문은 평생 변하지 않 는다고 말한다. 그러나 분명 갓난아이 일 때와 어른이 되었을 때의 지문은 일단 크기에서 차이가 난다. 그런데도 왜 평생 변하지 않는다고 말할까?
과자로 만든 지문
(http://blog.daum.net/phsoo123/7585)
지문의 특별한 지점, 특징점
http://www.google.com/imgres?imgurl=http://vlsi.catholic.ac.kr/research/131/fpstep8_1.jpg&i mgrefurl=http://vlsi.catholic.ac.kr/research/research-14.html&usg=__G8VGF2bDPPikNdXLJ vp9BaP0qtI=&h=337&w=290&sz=23&hl=ko&start=16&zoom=1&tbnid=WFp__Pz9VeiPsM:&tb nh=119&tbnw=102&ei=psbKUI7AGOu0iQezyoHYCQ&prev=/search%3Fq%3D%25EC%25A7%2 580%25EB%25AC%25B8%26hl%3Dko%26gbv%3D2%26tbm%3Disch&itbs=1
지문이 찍힌 모양을 언뜻 보면 기다란 선이 끊임없이 이어져 있는 미로와 같은 모양이라고 단순하게 생각할 수 있다. 그러나 주의 깊게 자세히 관찰하면 지문 의 선(융선)은 끊긴 곳도 있고 교차되는 점, 갈라지는 점, 눈(eye)모양, 중심이 되는 점 등 다양한 특징을 갖고 있다. 이러한 지점을 지문의 특징점이라고 하 며, 이는 두 지문의 일치여부를 판단하는 기준이 되는 중요한 부분이다.
실험 지문의 특징점을 찾아라.
☼ 실험목표
1. 지문의 특징점을 찾을 수 있다.
2. 특징점을 종류를 말할 수 있다.
3. 특징점을 근거로 두 지문의 일치여부를 말할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 풍선을 너무 크게 불어 터뜨리지 않도록 한다.
2. 풍선에 지문을 찍을 때 너무 강한 힘으로 누르지 않도록 한다.
3. 지문을 찍을 때 어느 한 쪽부터 다른 한 쪽을 돌려가며 찍는다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 풍선으로 장난치지 않도록 한다.
2. 적어도 두세 번 시도하여 더욱 뚜렷한 지문을 얻도록 격려한다.
3. 학생들은 특징점의 개념을 모르는 상황이므로 간단히 하나의 예를 들어 설명 해도 좋다. 그러나 학생들에게 융선을 중심으로 관찰하도록 유도하여 특징점을 스스로 찾아내게 하는 것을 권장한다.
☼ 실험 준비물
검은 스템프, 흰색 또는 노란색과 같은 밝은 색의 풍선
☼ 실험방법
1. 손가락을 돌려가며 스탬프 잉크를 충분히 묻힌다.
2. 풍선을 평평하게 편 다음 손 가락을 어느 한 쪽에서 다른 한 쪽으로 돌려가며 천천히 지문을 찍는다.
3. 풍선을 자신의 머리 정도 크 기로 분다.
4. 융선을 중심으로 지문을 관 찰한 후 특이한 점(특징점이라 한다)을 찾아 형광펜이나 볼펜 으로 표시한다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 찾아낸 지문의 특징점에는 어떠한 것들이 있는지 그림으로 그려보고 서로에게 설명하자.
2. 다른 친구들의 지문을 관찰하고 나에게는 없는 특징점을 찾아보자.
☼ 실험 원리
1. 지문을 자세히 관찰했을 때 그 지문만의 디테일한 특징을 특징점이라고 한다.
이러한 특징점에는 아래 표와 같이 여러 가지가 있다. 지문의 중심이 되는 중심 점, 융선이 끝나는 끝점, 융선이 갈라지는 분기점, 눈 모양, 섬 등이 그것이다. 이 것들은 그 지문만의 특징이 되며 이 특징점으로 인해 다른 지문과 구별된다.
<특징점의 종류>
core:중심점, ending ridge:끝점, short ridge:짧은 선 fork or bifurcation:분기점, delta:삼각형, hook:고리 eye:눈
dot or island:섬, crossover:교차점 bridge:다리 enclosures:울타리 specialty:기타
실험 두 개의 지문은 같은 사람의 지문일까?
☼ 실험목표
1. 지문의 특징점을 찾을 수 있다.
2. 특징점을 비교하여 두 지문의 일치여부를 판단할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 특징점의 개수를 될 수 있는 한 많이 찾아낸다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 모둠 별 회의는 좋으나 너무 소란스럽지 않게 한다.
☼ 실험 준비물
활동지, 형광펜(또는 붉은펜)
☼ 실험방법
현장에서 발견된 지문 용의자의 지문
1. 현장에서 발견된 지문과 유력한 용의자의 지문을 서로 면밀하게 검토한다.
2. 각각의 지문에서 발견된 특 징점 위에 형광펜으로 굵은 점 을 찍는다.
3. 같은 특징점끼리 서로 연결한다. 4. 두 지문의 일치 여부를 판단 한다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 두 개의 지문은 서로 일치하는가?
2. 그렇게 판단한 이유는 무엇인가?
☼ 실험 원리
대상으로부터 떠낸 지문에서 융선이 중단되는 끝점, 선이 나뉘는 ‘분기점’ 등 특징점이 선명한 부위를 8부위 이상 (8부위로 표현할 수 있는 확률은 10-8임, 즉 1 억분의 1) 찾아낸다. 다음에는 비교 대상자의 손가락의 지문으로부터 같은 부위의 특징점을 추출한다. 그러고 나서 쌍방의 특징점의 위치와 방향을 비교해 동일한 부위가 있는지 확인한다. 또한 특징점과 특징점 사이를 횡단하는 융선의 수 ‘릴 레이션’을 추가 조사하여 보다 정밀도 높은 대조를 할 수도 있다.
형사사건에 있어서, 경찰청의 판정기준은 원칙적으로 12부위 이상 특징점이 같아 야 한다. 다만 차량이나 대상자 용모의 비디오 기록이나 목격정보가 있는 경우에
참고 자료
지문 일치에 따른 유죄 판결 사례
<윤상홍 변호사>
사안은 피고인이 야간에 피해자의 주거에 침입하여 피해자의 목 을 누르는 등으로 반항을 억압한 후 피해자 소유의 현금과 귀금 속을 빼앗고, 다시 계속하여 "3백만 원이 필요하다 안주면 죽인 다"라고 협박하자, 이에 겁을 먹은 피해자가 은행 현금인출기에 서 돈을 찾아 주겠다고 하여 함께 집을 나와 사거리 횡단보도에 이르러 피해자가 지나가는 행인을 발견하고 "강도야"라고 고함 을 지르자 이에 놀란 피고인이 도주한 것인데, 검사는 이를 특수
강도 및 특수강도미수로 기소를 하였고, 피고인은 이에 대하여 자신은 당시 범행 현장에 없었을 뿐만 아니라 현장에 간 기억도 없다며 범행을 부인하였다.
범행 현장에서의 지문은 통상 침입구, 물색 장소, 도주로 등에 남을 가능성이 많 으므로 이러한 곳을 중점적으로 검색하고, 현장검색 결과 지문이 검출되었을 때 에는 필히 채취에 앞서 입회인의 확인이 필요하며, 지문 검출시 검출한 물체의 존재 장소를 명확하게 하기 위하여 채취에 앞서 사진촬영을 하여야 하고, 전사판 에 현장지문을 채취할 경우 뒷면에 필요한 사항을 써넣어야 하며, 채취보고서도 작성한다.
이 사건의 경우 이러한 지문 채취에 관한 절차가 준수되었고, 국내 수사나 일본 등 실무상 12개 이상 융선 특징이 동일한 경우(타인 간에 12개 이상 융선특징이 동일할 확률은 1조 분의 1임) 동일지문으로 판정하는데, 범인의 침입경로인 추락 방지턱 난간에서 채취한 지문과 주민등록발급신청서상 피고인의 좌수시지 사이 에 개시점, 종지점 등 지문의 동일 특징점이 13개 관찰되고, 각 특징점 간에 개 재된 융선 수도 일치하는 점 등을 이유로 피고인의 현장부재 주장을 배척하고 유 죄를 선고하였다.
윤상홍 변호사 기사입력 | 2012-07-11 (경북일보)
핏자국은 어디에서 날아왔을까
중학교용
핏자국은 어디에서 날아왔을까?
핏자국이 말하는 소리를 들어라
국과수 경력 15년차 김대원이 현장에 도착한 시간은 아침 7시였다. 새벽부터 몸부림치듯 울리는 전화벨 소리에 이미 직감은 하고 있었지만 막상 현장에 와보니 상황은 생각했던 것 보다 더 심각했다. 범인도, 의심되는 용의자도 더구나 피해자도 현장에 없었다. 오로지 땅바닥과 벽에 흩뿌려진 핏자국들...
그러나 우리의 베테랑 CSI 김대원은 이내 입가에 미소를 머금었다. 핏자국들이 서로 외쳐대는 소리를 눈으로 들었던 것이다. 일반인들에게는 의미없어 보이는 단순히 붉은 핏자국들이지만 김대원은 그것들이 말하는 소리를 듣고 이 곳 현장에서 무슨 일이 벌어졌는지 알아낼 수 있었던 것이다.
누가 어디에서 어떤 흉기로 상처를 주었는지 그리고 어디로
달아났는지 그야말로 범죄를 재구성하는 것이다. 이제 범인은
김대원을 곧 만나게 될 것이다.
01. 피가 떨어진 높이는 얼마일까?
왼쪽 사진은 버니어켈리퍼스라고 하 는 정밀한 자를 이용하여 핏자국의 크기를 측정하는 모습이다. 핏자국의 크기를 측정하는 이유는 무엇일까?
그로부터 알게 되는 것은 무엇일까?
우리도 지금부터 핏자국이 속삭이는 것을 과학을 통해 이해해보자.
피가 떨어진 높이를 알아보자
핏자국의 모양을 자세히 관찰하고 크기를 측정하면 핏방울이 떨어진 높이를 추정 할 수 있다. 단지 필요한 것은 ‘모눈자’하나일 뿐!
실험 핏자국의 지름과 발혈점 높이와의 관계를 알아보자
☼ 실험목표
1. 자유낙하 혈흔의 특징을 설명할 수 있다.
2. 발혈점의 높이와 혈흔 지름과의 관계를 설명할 수 있다.
3. 혈흔의 모양으로 발혈점을 추정할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 모조혈액을 떨어뜨릴 때 줄자나 바닥에 묻지 않도록 조심한다.
2. 모조혈액을 떨어뜨릴 때 방울이 흔들리지 않도록 조심한다.
3. 혈흔의 지름을 측정할 때 혈흔의 가장자리에 가시 모양의 돌기가 생기더라도 측정치에 포함시키지 않는다.
☼ 실험 준비물
모조혈액, 2m줄자, 스포이드 점적병, 모눈종이, 휴지, 손걸레
☼ 실험방법
1. 그림처럼 모눈종이 한 장을 평평한 바닥에 깔아놓는다.
2. 줄자를 이용해 스포이드의 끝 이 종이로부터 정확히 20cm 높 이에 위치하게 한다.
3. 스포이드가 흔들리지 않게 천 천히 눌러 모조혈액 한 방울을 모눈종이 위에 떨어뜨린다.
4. 혈흔의 지름을 측정하고 ‘증 거 기록표’에 기록한다. 또 혈 흔의 모양을 잘 관찰하여 특징 을 기록한다.
5. 같은 방법으로 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200cm 높이에서 차례로 혈액을 떨어뜨
<증거기록표>
(cm)높이 지름1
(mm) 지름2
(mm) 지름의
평균 혈흔 형태의 특징
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
☼ 실험 결과 및 토론
1. 높이를 증가시킴에 따라서 바닥에 떨어진 혈흔의 지름은 어떻게 변하는가? 실 험결과를 그래프로 나타내보자.
2. 높이를 증가시킴에 따라 혈흔 주위에 있는 가시모양의 돌기(spines)는 어떤 모습 을 보이는가?
3. 높이를 점점 증가시켰을 때, 1차혈흔(parent droplets)의 지름은 어떻게 되었는가?
4. 높이를 점점 증가시켰을 때, 2차혈흔(satellite spatter)의 대해서 알게 된 것은 무엇
☼ 실험 원리
1. 1차혈흔(모혈흔, parent stain)이란?
혈액방울은 목표물과 충돌시 모혈흔, 자혈흔, 돌기 등을 형성할 수 있으며 방향 성을 나타낼 수 있다. 혈액방울이 목표물에 닿을 때에 표면장력, 관성, 속도 등의 인자가 작용함으로써 방울의 크기를 그대로 유지하거나, 아니면 작게 부서진다.
큰 방울이 붕괴될 때, 표면장력을 더 이상 유지하지 못하고 작은 방울로 떨어져나간다. 이때 큰 방울과 작은 방울은 모두 최종 혈흔이 된다. 목표물에 닿는 혈액 양으로 보았을 때‘모’혈흔은 큰 혈흔이다.
작은 혈흔은 목표물에 부착될 때 모혈흔에서 분리된 2차혈흔으로 일반적으로 ‘자혈흔’이라고 부른다.
모혈흔은 여러 개의 자혈흔을 만들 수 있으나 자혈 흔은 오직 하나의 모혈흔을 가진다.
2. 2차혈흔(자혈흔, satellite stain /spatter)의 생성
자혈흔이란 혈액이 목표물에 닿을 때 큰 방울에서 분리되어 나온 혈액방울들로 생성된 작은 혈흔을 말한다. 혈액방울이 목표물에 닿을 때 방울은 액체 상태에서 극단적인 변화를 겪는다. 방울은 표면장력에 의지해 부서지지 않으려 하지만, 외 력 때문에 계속 유지하기가 어렵다. 이 변화 동안 작은 방울들은 돌기 같은 구조 를 통해 모혈흔과 연결되는 모습을 보인다.
작은 방울의 속도가 충분하면 모혈흔에서 분리되어 개별혈흔이 된다. 이렇게 새 로 생성된 방울들이 자혈흔인데, 자혈흔의 수에 관계없이 한 번의 행위로 인한 결과이다. 모혈흔과 자혈흔의 주요 차이점은 방향성이 서로 반대라는 것이다. 모 혈흔과 자혈흔을 판단하는 것은 비교적 쉽다. 돌기가 표면장력을 극복하면 모혈 흔 또는 자혈흔에 선상의 꼬리 모양이 뚜렷하게 남는다. 이 꼬리들이 모혈흔과 자혈흔의 연결고리가 된다.
3. 돌기(spine)
액체의 표면장력은 액체를 하나의 개체로 유지하려는 의미 있는 힘이다. 이 표면 장력을 극복하는 과정에서 길고 가느다란 돌기가 모혈흔과 모혈흔에서 분리되는 자혈흔(2차혈흔) 사이에 생성된다. 이러한 돌기는 하나의 혈액방울이 붕괴될 때도 볼 수 있고, 마룻바닥에 있는 다량의 혈액을 신발로 밟았을 때에도 발생한다. 또
토 의 핏방울이 출발한 발혈점의 높이 추정하기
n 다음 사진은 사건 현장에서 발견된 혈흔 사진이다. 탐구결과 얻어진 그래프 를 이용하여 발혈점의 높이를 추정해보자
<현장에서 발견된 혈흔>
1. 추정한 발혈점의 높이 : cm
2. 혈액을 조사한 결과 코 속에서 발견되는 점막 상피세포가 발견되었다고 한다.
이 혈액의 주인의 키는 대략 얼마인가?
3. 추정한 키는 얼마나 정확하다고 생각하는가? 키를 정확히 추정하는데 방해가 되는 요소는 무엇이 있을까?