2008학년도 모의 논술고사 문제지(Ⅱ)

자연계열	2007년 2월 22일(목)	총 5 쪽

서 울 대 학 교  입 학 관 리 본 부

(※ 실제 시험에서는 제시문의 출처를 밝히지 않았음)

【문항 3】

✾ 다음 제시문을 읽고 논제에 답하시오.

(가)

덴마크 사람인 티코 브라헤(1546-1601)는 지구가 태양 주위를 돌고 있다는 코페르니쿠스의 주장에 대하여 ‘정말 그럴까’라는 호기심을 확인하고 싶은 생각을 가졌다. 코펜하겐의 대학교에서 라틴어와 고전 문학을 전공하던 티코 브라헤는 1560년 우연히 일식을 보게 되면서 천문학에 더 큰 관심을 갖게 되었다. 가족들의 성화로 법률을 공부하려고 라이프치히 대학교에 입학했지만 천체 관측에 대한 그의 열정은 꺾이지 않았다. 그는 지구가 특정 궤도를 갖고 태양 주위를 돌고 있을 것이라고 생각하였다. 티코 브라헤는 1565년 라이프치히 대학교를 졸업하고 다시 코펜하겐으로 돌아왔지만 자기가 좋아하는 학문에 열중할 수 없었기 때문에 방황하는 생활을 계속하였다. 그는 코펜하겐을 떠나 아우스부르크로 옮겨, 여러 가지 천문학에 대한 자료들을 모으고, 어떤 기구로 천체를 관찰할 것인가를 설계하여 천문학에 몰두하기 시작하였다. 티코 브라헤는 별을 관찰할 때에 자신이 직접 만든 관측기구들을 많이 사용하였다. 그 중에는 별들이 보이는 각도를 측정하는 기구인 사분의가 있었는데, 그 크기가 6미터가 넘는 대단히 큰 것이었다. 그는 왕의 도움으로 섬에 관측소를 설치할 수 있었고, 새로운 별을 발견하기도 하였다. 그는 아주 좋은 연구 환경에서 1567년부터 1597년까지 별들의 움직임을 그 당시로서는 아주 정확하게 측정하였다. 1597년에 재정을 지원해주던 왕이 죽자 실험과 관측에 필요한 돈을 마련하는 데 많은 어려움을 겪게 되었다. 더구나 그는 건강까지 나빠져서 케플러를 자신의 조수로 초청하였다. 1601년에 티코 브라헤가 죽자 모든 자료는 케플러에게 넘겨졌다.

요한 케플러(1571-1630)는 티코 브라헤가 30여 년에 걸쳐 얻은 관측 자료를 해석하기 시작하였다. 코페르니쿠스는 지구가 원을 그리며 태양 주위를 돈다고 주장하였다. 그러나 케플러는 자료의 해석을 통하여 이러한 코페르니쿠스의 주장이 잘못되었다는 것을 알게 되었다. 태양과 지구 사이의 거리가 일정하지 않다는 점으로부터 지구는 태양 주위를 타원을 그리면서 돈다는 것을 알게 되었다. 또 태양과의 거리가 변하면서 그 거리가 멀수록 지구의 속력이 점점 느려진다는 것도 알게 되었다. 그리고 행성의 공전 주기와 궤도 장반경의 관계를 조사하여 공전 주기의 제곱이 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다는 것도 알아냈다. 이 세 가지 결과를 오늘날 케플러의 법칙이라고 한다.

(고등학교 『과학』교과서)

(나)

아이작 뉴턴(1642-1727)은 경험적 사실에 바탕을 둔 케플러의 법칙을 이론적으로 설명하는 과정에서 만유인력의 법칙을 발견하고 이를 1687년에 발표하였다. 그 후 과학자들은 뉴턴의 운동 법칙과 만유인력의 법칙을 이용하여 우리 주위에서 접하는 여러 가지 운동과 현상, 나아가서는 우주에 있는 거대한 은하들의 구조와 운동까지도 이해할 수 있게 되었다.

논제 1. 위의 글은 백여 년에 걸쳐 세 명의 유명한 과학자들이 천체의 운동에 대한 관측으로부터 시작하여 만유인력의 법칙을 발견하기까지의 과정을 설명하고 있다. 이는 과학자들이 많이 쓰는 탐구 과정의 한 예를 잘 보여주고 있다. 위의 글을 참고하여 일반적인 과학 탐구 과정을 단계별로 나누어 기술하되, 위의 글에서 각 단계에 해당하는 적절한 예를 포함시키시오.

논제 2. 태양계에서는 태양이 압도적으로 밝고, 행성의 공전속도는 태양으로부터 거리의 제곱근에 반비례한다. 한편 구심력은 회전속도의 제곱과 질량에 비례하고 거리에 반비례한다. 이러한 사실에 근거하여 태양계의 질량 분포에 관하여 추론하시오.

논제 3. 태양계의 행성과 마찬가지로 나선 은하의 원반에 있는 별들도 은하 주위를 돈다. 그런데 우리 은하를 포함하여 대부분의 경우 나선 은하의 원반 가장자리에 있는 별들은 멀어져도 공전속도가 일정한 값을 갖는다(아래 그림 참조). 이는 케플러의 법칙으로 설명할 수 없다. 이러한 사실과 구심력의 개념을 이용하면 은하의 질량 분포가 태양계와 매우 다름을 알 수 있다. 이 내용을 바탕으로 은하의 질량분포를 추론하시오.

그림 : 은하의 회전 속도 측정 결과. 가로축은 은하중심으로부터의 거리, 그리고 세로축은 회전 속도를 나타낸다. A는 케플러 법칙에 따른 이론적 예측을, B는 관측 결과를 보여준다.

【문항 4】

✾ 다음 제시문을 읽고 논제에 답하시오.

(가)

요즘 어디를 가나 매운 맛을 내세운 음식점들을 쉽게 볼 수 있으며, 그 매운 정도가 심하다고 입소문이 날수록 더 호황을 누리는 듯하다. 입에서 불이 날 정도로 매운 불닭이나 겨울철 길거리 음식의 대명사인 떡볶이, 어묵 등도 눈물이 쏙 빠질 정도의 매운 맛으로 사람들의 발길을 멈추게 한다. 몇 십 년 동안 꾸준히 사랑받고 있는 과자들도 경쟁적으로 ‘매운 맛 버전’을 내놓았고, 유명 외국계 외식업체들도 고추장이나 김치를 첨가한 매운 맛 메뉴를 개발하고 홍보하고 있다. 또한 여러 언론매체의 건강관련 코너에서도 매운 음식에 대해 자주 소개하는 등 매운 맛을 내는 성분과 그 기능에 대해서 깊은 관심을 보이고 있다.

철수도 평소에 매운 음식을 아주 즐겨먹는다. 매운 음식을 먹으면 스트레스가 해소되는 듯하고, 다이어트에도 도움이 된다고 알고 있기 때문이다. 어느 날 철수의 아버지는 퇴근길에 ‘전국에서 가장 매운 떡볶이’를 파는 곳이라 쓰인 광고를 보고 철수 생각이 났다며 빛깔부터 예사롭지 않은 떡볶이를 사오셨다. 철수는 호기심에 떡볶이를 보자마자 얼른 먹어보았다. 그런데 정말 입안이 얼얼해지며 눈물을 맺히기 시작했다. 평소 매운 음식을 아주 잘 먹던 철수도 견디기 힘들어 물 한 컵을 단숨에 마셨는데 별다른 효과가 없는 듯했다. 곁에서 지켜보시던 어머니께서 매운 맛을 없애는 데는 이게 더 나을 거라며 우유를 한 컵 주셨는데, 신기하게도 마시자마자 입안의 얼얼한 느낌이 사라지는 것을 느꼈다.

(나)

1세기 무렵 아시아 및 아프리카 동부 해안에서 지중해로 수입되는 물품의 반 이상은 향신료였고 그 대부분은 인도에서 들여온 후추였다. 향신료는 두 가지 이유로 요리에 사용되었다. 첫째는 음식의 부패를 막는 것이고 둘째는 향미(香味)를 더 좋게 하는 것이었다. 그런데 15세기 경에는 베네치아 상인들이 향신료 무역을 독점하여 엄청난 이윤을 얻었다. 이에 다른 나라들도 후추를 구하기 위해 인도로 갈 수 있는 새로운 길을 진지하게 검토하기 시작했으며, 그 결과 대항해 시대가 시작되었다.

포르투갈 항해가 바르톨로뮤 디아스(Bartolomeu Dias)는 1487년에 희망봉을 돌았고, 그 뒤 바스코 다 가마(Vasco da Gama)는 디아스에 의해 개척된 항로를 따라 1498년 인도에 도착했다. 스페인도 향료 무역, 특히 후추에 관심을 두고 있었다. 또한 제노바 사람 크리스토퍼 콜럼버스(Christopher Columbus)는 서쪽으로 항해하면 인도의 동쪽 가장자리에 도달하는 더 짧은 항로를 찾을 수 있을 거라 확신하고, 1492년 스페인 국왕 페르난도(Fernando)와 여왕 이사벨(Isabel)을 설득해서 탐사 여행을 떠났다. 콜럼버스의 확신은 어느 정도는 맞았지만 전적으로 옳지는 않았다. 후추는 베네치아를 거대한 도시로 만들었고 대항해 시대를 주도했으며 콜럼버스가 신세계를 찾아 나서도록 했다. 후추에는 도대체 무슨 성분이 들어 있을까? 후추의 활성 성분은 피페린(piperine)이다.

콜럼버스는 두 번째 항해 때 서인도 제도의 아이티에서 매운 맛이 나는 새로운 향신료인 고추를 발견했다. 고추는 자신이 알고 있는 후추와는 전혀 다른 향신료였지만 콜럼버스는 개의치 않았다. 그 뒤 고추는 포르투갈 사람들에 의해 동쪽으로 전파되어 아프리카를 빙 둘러 인도 너머까지 건너갔다. 그리고 50년 만에 전 세계로 퍼져 아프리카, 동아시아, 남아시아 요리와 빠르게 결합했다. 고추는 콜럼버스의 항해가 가져다 준 가장 중요하고 지속적인 혜택 가운데 하나임이 분명하다(고추의 매운 맛을 사랑하는 수많은 사람들에게 말이다). 고추가 공통적으로 갖고 있는 매운맛은 캡사이신(capsaicin) 때문이다. 캡사이신의 구조식은 피페린과 유사하다.

(페니 르 쿠터, 제이 버레슨『역사를 바꾼 17가지 화학 이야기』)

논제 1. 피페린과 캡사이신의 화학 구조는 아래와 같다. 골격의 탄소와 수소는 생략되어 있다. 예컨대 캡사이신 오른쪽 끝의 -는 -CH3를 나타낸다.

피페린                                캡사이신

피페린과 캡사이신 같은 화합물은 생물에서만 찾아 볼 수 있다. 이러한 화합물은 언뜻 보면 상당히 복잡해 보이지만 수소(H2), 메탄(CH4), 암모니아(NH3), 물(H2O), 이산화탄소(CO2), 에틸렌(C2H4) 같은 간단한 분자에서 드러나는 원자들 사이의 결합 방식을 그대로 따른다.

피페린과 캡사이신의 공통점과 차이점을 다음 관점에서 논하시오.

가. 원소의 조성

나. 화학 결합의 원리, 다른 원자와 이루는 결합의 수

다. 매운 맛을 내는 데 관련되어 있으리라 추측되는 구조적 특성

라. 물과 기름 중 어디에 더 잘 녹을지

논제 2. 후추나 고추가 들어 있는 음식을 먹으면 피페린이나 캡사이신이 혀에 들어있는 단백질 수용체(receptor)에 의해 인식되어 그 신호가 두뇌로 전달되는 일련의 과정이 시작된다. 흥미롭게도 피페린과 캡사이신은 같은 수용체와 결합한다. 이 두 가지보다 더 매운 맛을 내는 화합물을 만들려고 한다면 어떻게 해야 할지 가능한 접근 방법을 제시하시오.

논제 3. 유유상종(類類相從), "Birds of a feather flock together."에서 볼 수 있듯이 비슷한 것끼리 모이는 것은 자연에서나 인간사에서나 마찬가지인 듯하다. 입 속의 매운 맛을 없애려면 물보다 우유를 마시는 것이 더 효과적이다. 그  이유를 우리 주위에서 찾아 볼 수 있는 다른 현상과 연결 지어 설명하시오.

논제 4. 특정 식물이 피페린과 캡사이신 같은 화합물을 가지게 된 과정을 진화의 관점에서 설명하시오.