#3 길이 측정 방법의 발전

문제 1 · OX 문제

고대 이집트에서 사용한 '큐빗'은 사람의 팔꿈치부터 손가락 끝까지의 길이를 기준으로 삼았기 때문에, 측정하는 사람마다 값이 조금씩 다를 수 있었다. ( )

정답: O

큐빗은 사람의 팔 길이를 기준으로 했기 때문에 사람마다 길이가 달라 측정값이 일정하지 않았다는 점이 핵심입니다. 이러한 한계 때문에 객관적인 표준의 필요성이 대두되었습니다.

문제 2 · OX 문제

현대 과학에서 1m는 온도에 따라 길이가 변하는 금속 막대 대신, 진공 상태에서 '빛'이 진행한 거리를 기준으로 정의한다. ( )

정답: O

온도 등 환경에 따라 미세하게 길이가 변하는 금속 원기(미터 원기)의 단점을 극복하기 위해, 진공 상태에서 절대 변하지 않는 우주의 상수인 빛의 속력을 새로운 기준으로 삼았습니다.

문제 3 · OX 문제

레이저 거리 측정기는 소리보다 훨씬 느린 초음파를 쏘아 거리를 계산하므로 정밀도가 매우 낮다. ( )

정답: X

레이저 거리 측정기는 소리(초음파)가 아닌 매우 빠르고 직진성이 강한 빛(레이저)을 이용하므로, 먼 거리도 오차를 최소화하여 아주 정밀하게 측정할 수 있습니다.

문제 4 · OX 문제

GPS(위성 항법 시스템)는 우주에 떠 있는 인공위성과 나 사이의 거리를 측정하여 나의 정확한 위치를 찾아낸다. ( )

정답: O

GPS는 여러 대의 인공위성에서 보내는 전파 신호가 내 수신기에 도달하는 데 걸리는 '시간'을 측정하여, 위성과 나 사이의 거리를 아주 정밀하게 계산해 위치를 파악하는 시스템입니다.

문제 5 · OX 문제

광학 현미경으로도 보이지 않을 만큼 아주 작은 미시 세계의 물체를 측정할 때는 전자 현미경을 사용하는 것이 적절하다. ( )

정답: O

빛을 이용하는 광학 현미경은 빛의 파장이라는 물리적 한계가 있습니다. 따라서 바이러스나 세포 소기관 등 빛의 파장보다 더 작은 초미세 세계를 정밀 관찰할 때는 전자를 이용하는 전자 현미경을 사용해야 합니다.

문제 6 · OX 문제

인류의 측정 기술은 '신체의 일부'를 사용하는 방식에서 시작하여 점차 '자연계의 변하지 않는 상수'를 이용하는 방식으로 발전해 왔다. ( )

정답: O

측정의 역사는 사람마다 다른 주관적인 몸(신체)에서 출발해, 지구의 크기(자연물)를 거쳐, 현대에는 우주 어디서나 똑같은 '빛의 속력(물리 상수)'을 기준으로 삼는 객관화의 과정이었습니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

고대 인류는 도구가 없어도 언제든 길이를 잴 수 있도록 ( )의 일부를 길이의 기준으로 삼아 사용하였다. (2글자)

정답: 신체

내 팔꿈치, 내 발바닥, 내 손가락 등 언제 어디서나 도구 없이 바로 꺼내 쓸 수 있는 사람의 '신체'가 인류 최초의 보편적인 자 역할을 했습니다.

문제 8 · 빈칸 채우기

18세기 프랑스에서는 누구나 공통으로 사용할 수 있는 단위를 만들기 위해 ( )의 둘레를 측정하여 1m를 정의하였다. (2글자)

정답: 지구

북극에서 적도까지의 거리를 측정하고, 그 거리의 1000만분의 1을 1m로 약속했습니다. 신체의 한계를 벗어나 누구나 딛고 사는 대자연의 크기를 공통 기준으로 삼은 훌륭한 시도였습니다.

문제 9 · 빈칸 채우기

현대의 길이 측정은 빛의 ( )이/가 진공에서 항상 일정하다는 원리를 이용한다. (2글자)

정답: 속력, 속도

진공 상태에서 빛이 나아가는 빠르기는 우주 어디서나 똑같습니다. 이 변치 않는 절대적인 '불변성'이 바로 현대의 1m를 정의하는 가장 든든한 기준입니다.

문제 10 · 빈칸 채우기

스마트폰으로 실시간 위치를 확인할 수 있는 것은 인공위성을 활용한 ( ) 기술 덕분이다. (3글자)

정답: GPS

우주에 떠 있는 여러 대의 위성 신호를 받아 전 세계 어디서든 나의 정확한 위치와 거리를 센티미터 단위로 파악하게 해주는 위성 항법 시스템입니다.

문제 11 · 빈칸 채우기

아주 미세한 나노 세계를 탐구할 때, 빛을 이용하는 광학 현미경의 한계를 극복하기 위해 ( ) 현미경을 사용한다. (2글자)

정답: 전자

파장이 긴 빛 대신 파장이 훨씬 짧은 입자를 활용하여, 일반 현미경으로는 볼 수 없는 세포 내부나 바이러스의 세밀한 구조까지 관찰하게 해주는 첨단 현미경입니다.

문제 12 · 빈칸 채우기

측정 도구는 측정하고자 하는 대상의 공간적, 시간적 크기 범위인 ( )에 따라 알맞게 선택해야 한다. (2글자)

정답: 규모

과학 탐구의 시작은 대상이 미시 세계인지, 거대 우주인지, 그 시공간적 범위를 파악하는 것입니다. 이에 따라 돋보기를 쓸지 레이저를 쓸지 최적의 도구가 결정됩니다.

문제 13 · 단답형

고대 이집트에서 팔꿈치부터 가운뎃손가락 끝까지의 길이를 기준으로 사용했던 단위는? (2글자)

정답: 큐빗

파라오의 신체 길이를 기준으로 삼아 거대한 피라미드와 같은 건축물을 설계하고 지을 때 실제로 사용되었던 아주 오래된 고대 단위입니다.

문제 14 · 단답형

현재 전 세계가 공통으로 사용하는 길이의 국제 표준 단위는? (2글자)

정답: 미터

국가마다 사용하는 단위가 달라서 발생하는 무역과 기술 교류의 혼란을 막기 위해, 전 세계가 약속하여 정한 국제단위계(SI)의 길이 표준입니다.

문제 15 · 단답형

직진성이 강한 빛을 이용해 물체까지의 거리를 아주 정밀하게 측정하는 현대적 장치는? (3글자)

정답: 레이저

빛이 퍼지지 않고 똑바로 나아가는 강력한 직진성을 이용해, 장애물까지의 거리를 아주 미세한 오차 범위 내에서 신속하게 계산해내는 정밀 측정 도구입니다.

문제 16 · 단답형

GPS가 위성과의 거리를 계산하기 위해 빛의 속력과 함께 반드시 측정해야 하는 물리량은? (2글자)

정답: 시간

거리 = 속력 × 시간의 기본적인 물리 원리를 이용합니다. 빛의 속력은 이미 정해진 우주의 상수이므로, 인공위성 신호가 수신기에 도착할 때까지 걸린 '시간'만 정확히 재면 거리가 산출됩니다.

문제 17 · 단답형

세포보다 훨씬 작은 나노 규모의 물체를 관찰하고 측정하기 위한 정밀 장비는? (5글자)

정답: 전자현미경

빛을 이용하는 일반 현미경의 물리적 한계를 뛰어넘어, 파장이 극히 짧은 입자를 활용해 눈에 보이지 않는 나노 단위의 미세 구조를 파헤쳐 보여주는 현대 첨단 장비입니다.

문제 18 · 단답형

전 세계 과학자들이 동일한 측정 결과를 공유하기 위해 약속하여 정한 공통의 기준을 무엇이라 하는가? (2글자)

정답: 표준

서로 다른 국가의 과학자들이 측정한 실험 데이터가 어긋나지 않도록 통일하여 널리 쓰기로 약속한 공통의 잣대이자 과학계의 강력한 규약입니다.

문제 19 · 보기 선택

현대적 길이 측정 기술이 우리 생활에 이용되는 사례를 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 자율 주행 자동차의 장애물 감지
• ㄴ. 스마트폰 앱의 실시간 길 안내
• ㄷ. 바이러스의 미세 구조 관찰

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

ㄱ(레이저 및 센서), ㄴ(GPS 위성 항법), ㄷ(전자 현미경)은 모두 거대 우주부터 미시 세계까지 정밀하게 시공간을 재는 현대적 측정 기술이 실생활과 첨단 산업에 성공적으로 적용된 대표적 사례들입니다.

문제 20 · 보기 선택

고대의 신체 기준 측정 방식이 가졌던 문제점을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 측정하는 사람에 따라 값이 달라진다.
• ㄴ. 온도에 따라 팔의 길이가 크게 변한다.
• ㄷ. 멀리 떨어진 국가 간 무역에서 혼란이 발생한다.

정답: ㄱ, ㄷ

신체를 기준으로 삼으면 사람마다 타고난 팔 길이가 달라(ㄱ) 측정값이 일정하지 않았고, 이로 인해 기준이 제각각이 되어 멀리 떨어진 다른 지역과 무역을 할 때 혼란과 갈등이 컸습니다(ㄷ).

문제 21 · 보기 선택

빛의 속력을 길이의 기준으로 삼았을 때의 장점을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 장소와 환경에 관계없이 항상 일정하다.
• ㄴ. 특별한 도구 없이 눈으로 바로 잴 수 있다.
• ㄷ. 우주 어디서나 동일한 기준을 적용할 수 있다.

정답: ㄱ, ㄷ

빛의 속력은 우주 어디서나 동일한 불변의 상수이므로(ㄷ), 장소가 남극이든 화성이든 외부 환경에 구애받지 않고 언제나 똑같이 절대적인 기준을 제공한다는 점(ㄱ)이 최고의 장점입니다.

문제 22 · 보기 선택

측정 대상과 그에 알맞은 측정 도구의 연결이 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 위성까지의 거리 - GPS 전파
• ㄴ. 세포 소기관의 크기 - 전자 현미경
• ㄷ. 운동장 가로 길이 - 줄자

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

아주 먼 우주 공간은 전파의 도달 시간으로(ㄱ), 아주 작은 나노 규모의 세계는 전자 입자를 이용해(ㄴ), 일상적인 규모는 가장 직관적인 물리적 도구인 줄자로(ㄷ) 측정 대상의 성질과 규모에 딱 맞게 잘 연결했습니다.

문제 23 · 보기 선택

길이 측정 방법의 발전이 과학 탐구에 준 영향을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 탐구할 수 있는 자연의 범위가 확장되었다.
• ㄴ. 실험 데이터의 정밀도와 신뢰성이 높아졌다.
• ㄷ. 자연 현상을 주관적인 느낌으로만 설명하게 되었다.

정답: ㄱ, ㄴ

첨단 측정 기술이 발달함에 따라 우리는 눈에 보이지 않던 먼 우주나 바이러스 같은 미시 세계까지 탐구 범위를 넓혔고(ㄱ), 그로 인해 얻어낸 실험 수치와 데이터에 대한 과학적 신뢰도 또한 크게 높아졌습니다(ㄴ).

문제 24 · 객관식

길이 측정 기준이 발전해 온 순서로 올바른 것은?

• ① 신체 일부 기준 → 빛의 속력 기준 → 지구의 크기 기준
• ② 신체 일부 기준 → 지구의 크기 기준 → 빛의 속력 기준
• ③ 지구의 크기 기준 → 신체 일부 기준 → 빛의 속력 기준
• ④ 빛의 속력 기준 → 신체 일부 기준 → 지구의 크기 기준
• ⑤ 지구의 크기 기준 → 빛의 속력 기준 → 신체 일부 기준

정답: ②

인류는 가장 원초적이고 구하기 쉬운 주관적인 몸(신체, ㄴ)에서 시작하여, 더 큰 객관적 자연물인 지구(ㄷ)를 거쳐, 마침내 절대 변하지 않는 우주 법칙인 빛(ㄱ)으로 기준을 발전시켰습니다.

문제 25 · 객관식

길이 측정의 역사에 대한 설명으로 가장 적절하지 않은 것은?

• ① 인류 초기에는 신체를 기준으로 단위를 정했다.
• ② 산업 혁명 이후 공통된 표준 단위의 필요성이 커졌다.
• ③ 미터 원기(금속 막대)는 절대 변하지 않는 영원한 기준이다.
• ④ 현재의 1m는 빛이 이동한 거리를 기준으로 정의한다.
• ⑤ 기술이 발달할수록 측정 가능한 대상의 규모가 넓어졌다.

정답: ③

정답인 ③번은 틀린 설명입니다. 백금과 이리듐으로 튼튼하게 만든 미터 원기조차도 시간이 흐르거나 온도, 보관 상태에 따라 아주 미세하게 길이가 변할 수 있다는 한계가 드러나 결국 기준의 자리에서 물러났습니다.

문제 26 · 객관식

다음 중 '측정 규모'와 '도구'의 연결이 가장 어색한 것은?

• ① 미세 규모(세포) - 광학 현미경
• ② 거대 규모(지구-달 거리) - 레이저 측정기
• ③ 일상 규모(책상 길이) - 일반 줄자
• ④ 초미세 규모(바이러스) - 전자 현미경
• ⑤ 거대 규모(대륙 간 거리) - 큐빗 막대

정답: ⑤

정답인 ⑤번이 가장 어색한 짝입니다. 대륙 사이의 먼 거리는 전파나 GPS 위성 등을 이용한 현대적 기술이 필요한 매우 거대한 규모인데, 사람의 팔꿈치 길이인 고대 단위 '큐빗'으로 재려는 것은 스케일이 전혀 맞지 않는 시도입니다.

문제 27 · 객관식

현대의 1m 정의가 '빛'을 기준으로 하는 가장 핵심적인 이유는 무엇인가?

• ① 빛은 우리 눈에 잘 보이기 때문에
• ② 빛의 속력은 어떤 상황에서도 변하지 않는 상수이기 때문에
• ③ 빛은 지구 둘레보다 훨씬 길기 때문에
• ④ 빛을 이용하면 전기를 아낄 수 있기 때문에
• ⑤ 빛은 고대부터 사용해 온 친숙한 기준이기 때문에

정답: ②

정답인 ②번이 1m를 다시 정의한 결정적인 이유입니다. 측정의 표준이 되기 위해서는 언제 어디서든 절대 성질이 변하지 않아야 하는데, 진공에서 빛이 나아가는 속력은 우주의 그 어떤 물리량보다 완벽한 불변의 상수이기 때문입니다.

문제 28 · 객관식

GPS(위성 항법 시스템)의 작동 원리에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 나침반을 이용해 위성의 북쪽 방향을 찾는다.
• ② 위성까지의 거리를 직접 긴 줄자로 재서 계산한다.
• ③ 위성 신호가 도달하는 '시간'을 측정해 거리를 구한다.
• ④ 날씨가 나쁘면 위성 신호가 완전히 차단되어 쓸 수 없다.
• ⑤ 사람의 눈으로 위성을 직접 관찰해야 위치를 알 수 있다.

정답: ③

정답인 ③번이 핵심 원리를 정확히 설명하고 있습니다. GPS는 인공위성에서 쏘아 보낸 빛의 속도(전파)가 지상의 내 스마트폰 수신기에 도달할 때까지 걸린 아주 찰나의 '시간'을 곱하여 거리를 수학적으로 계산해내는 시스템입니다.

문제 29 · 객관식

다음 중 측정 기준의 발전을 나타낸 단계에서 (가)에 들어갈 적절한 내용은? [1단계] 신체 일부 [2단계] 지구의 크기 [3단계] ( 가 )

• ① 나무 자의 표준 눈금
• ② 사람의 평균 걸음걸이
• ③ 빛이 이동한 거리
• ④ 금속 막대의 고정 길이
• ⑤ 물이 얼고 녹는 지점

정답: ③

정답은 ③번 '빛이 이동한 거리'입니다. 길이 측정의 표준은 사람 몸(가장 주관적) ➔ 지구의 둘레(객관적인 자연물) ➔ 빛의 속력과 이동 거리(절대 변하지 않는 우주 불변의 법칙) 순서로 더욱 단단하고 정밀해지는 방향으로 진화해 왔습니다.

문제 30 · 객관식

길이 측정 기술의 발전이 현대 사회에 가져온 변화로 가장 거리가 먼 것은?

• ① 나노 공학의 발달로 미세 소자를 제작하게 되었다.
• ② GPS 덕분에 전 세계 어디서든 위치를 확인하게 되었다.
• ③ 무역 시 단위 차이로 인한 경제적 손실이 줄어들었다.
• ④ 측정 대상인 자연의 물리 상수 자체가 인류의 편의에 맞춰 재구성되었다.
• ⑤ 자율 주행 기술처럼 정밀한 거리 조절이 가능해졌다.

정답: ④

정답인 ④번이 가장 거리가 먼 설명입니다. 과학의 측정 기술과 표준 단위가 발전한 것은 세상을 더 정확하게 측정하기 위한 인류 간의 '약속'이 고도화된 것이지, 우주에 존재하는 불변의 물리 상수나 자연법칙 자체를 인류가 마음대로 바꾸거나 조작할 수 있게 된 것이 결코 아닙니다.