Ⅲ. 시스템과 상호작용

MIND MAP · 한눈에 보기

이 단원의 빅 픽처

시스템과 상호작용 — 모든 자연 현상의 본질

지구도, 운동도, 생명도 모두 시스템이고, 그 안에서 상호작용이 일어난다

① 지구시스템과 권역의 상호작용

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4권역: 기권·수권·지권·생물권
물의 순환·탄소 순환 (물질 순환)
태양 에너지 (일방향 흐름)
모든 자연 현상 = 권역 상호작용

② 판구조론과 지권의 변화

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지각 = 15개 판 + 맨틀 대류
3가지 경계: 발산·수렴·보존
화산·지진 = 판 경계 활동
지권 변화 → 지구시스템 전체 영향

③ 중력장 내의 운동

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중력 = 지구 중심을 향한 인력
자유낙하·포물선 운동·원운동
모두 같은 중력 가속도 운동
위성 = 영원한 자유낙하

④ 충격량과 운동량

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관성 = 운동 상태 유지하려는 성질
운동량 p = mv
충격량 F·Δt = Δp
안전장치 = 충돌 시간 늘리기

⑤ 생명 시스템과 물질대사

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세포 = 생명 시스템의 기본 단위
물질대사 = 동화 + 이화 작용
효소 = 생체 촉매 (특이성)
세포막 = 선택적 투과

⑥ 유전자와 단백질 합성

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중심 원리: DNA → RNA → 단백질
전사 (DNA → mRNA, T→U)
번역 (코돈 → 아미노산)
유전 암호는 모든 생명체 공통

KEY CONCEPTS · 핵심 개념

꼭 기억해야 할 16가지

KEY 01

지구 4권역

기권·수권·지권·생물권. 각자 고유한 물질을 가지며 끊임없이 상호작용한다.

KEY 02

물의 순환 / 탄소 순환

태양 에너지가 흐르고, 물질은 권역 사이를 닫힌 순환을 한다.

KEY 03

판구조론

지각이 15개 판으로 갈라져 맨틀 대류로 1년에 1~10cm씩 이동.

KEY 04

판 경계 3종

발산(멀어짐)·수렴(부딪침)·보존(어긋남). 모든 지권 변화의 원인.

KEY 05

중력 = 지구 중심 방향

모든 자유낙하 가속도 g ≈ 9.8 m/s². 질량과 무관.

KEY 06

포물선 = 등속 + 자유낙하

수평·수직 운동이 독립적으로 동시에 진행되어 곡선을 만든다.

KEY 07

원운동 = 영원한 낙하

위성은 떨어지면서 동시에 옆으로 빗나가 같은 고도 유지.

KEY 08

관성 (뉴턴 1법칙)

외부 힘 없으면 운동 상태 유지. 가속에는 상호작용 필수.

KEY 09

운동량 p = mv

물체의 '운동의 양'. 질량 × 속도.

KEY 10

충격량 F·Δt = Δp

충돌 시간 늘리면 받는 힘 감소 — 모든 안전장치의 원리.

KEY 11

세포 = 생명 단위

막·핵·세포질·소기관을 갖춘 작은 시스템.

KEY 12

물질대사 = 동화+이화

합성(흡열) + 분해(발열). ATP가 에너지 화폐.

KEY 13

효소

단백질 촉매. 기질 특이성. 반응 속도를 수백만 배 가속.

KEY 14

세포막 = 선택적 투과

확산(수동) + 능동 수송(ATP 사용).

KEY 15

중심 원리

DNA → RNA → 단백질. 모든 생명체의 정보 흐름.

KEY 16

유전 암호

3글자 코돈 → 아미노산. 모든 생명체가 같은 암호 사용.

CHECK · 확인 학습

스스로 점검해보기

1지구시스템에서 에너지는 일방향 흐름이고 물질은 순환한다. 그 동력은?

①지구 내부 핵의 열

②태양 에너지

③달의 중력

④화산 활동

정답 ②. 태양 에너지가 지구시스템의 거의 모든 활동(물의 순환·날씨·생명)의 궁극적 동력. 맨틀 대류만 지구 내부 열을 동력으로 한다.

2히말라야 산맥은 어떤 판 경계에서 만들어졌는가?

①발산 경계

②보존 경계

③수렴 경계 (대륙-대륙 충돌)

④해령

정답 ③. 인도판과 유라시아판이 충돌해 두 대륙이 솟구치며 히말라야가 만들어졌다. 지금도 매년 약 5mm씩 솟아오른다.

3국제우주정거장(ISS) 안에서 우주비행사가 떠 있는 이유는?

①중력이 없기 때문

②달의 인력이 강하기 때문

③공기가 없기 때문

④ISS와 함께 자유낙하 중이기 때문

정답 ④. ISS 고도에서도 중력은 지표의 약 90%다. 다만 ISS와 우주비행사가 같이 떨어지고 있어서 무중력처럼 느껴진다.

4에어백이 운전자의 부상을 줄이는 원리는?

①운동량을 0으로 만든다

②충돌 시간을 늘려 받는 힘을 줄인다

③속도를 감소시킨다

④운동 방향을 바꾼다

정답 ②. F·Δt = Δp에서 Δp가 같아도 Δt를 늘리면 F가 작아진다. 에어백·매트·헬멧 모두 같은 원리.

5효소의 주요 특징이 아닌 것은?

①단백질로 이루어져 있다

②특정 기질에만 작용한다 (기질 특이성)

③반응 후 효소도 함께 소비된다

④온도·pH의 영향을 받는다

정답 ③. 효소는 촉매라서 반응 후 변하지 않고 재사용된다. 그래서 적은 양의 효소로도 많은 반응을 처리할 수 있다.

6DNA에서 T(타이민)는 mRNA로 전사될 때 어떤 염기로 바뀌는가?

①A (아데닌)

②A (그 T의 상보 짝)

③U (그대로 가지만 이름만 바뀜)

④G (구아닌)

정답 ②. mRNA는 DNA의 상보적 복사본. T의 상보는 A이므로 DNA의 T는 mRNA에서 A가 된다. (참고: DNA의 A는 mRNA에서 U가 된다 — T 대신.)

7유전 암호의 한 단위(코돈)는 몇 글자로 이루어지는가?

①1글자

②2글자

③3글자

④4글자

정답 ③. 4종 염기를 3개씩 묶으면 4³=64가지 코돈이 가능 — 20개 아미노산을 모두 표현할 수 있다.

8물질대사에서 작은 분자를 합쳐 큰 분자를 만드는 과정은?

①동화 작용 (anabolism)

②이화 작용 (catabolism)

③호흡 작용

④발효 작용

정답 ①. 동화 = 합성·흡열, 이화 = 분해·발열. 예: 광합성은 동화, 호흡과 소화는 이화.

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PERFORMANCE · 수행 평가

탐구 과제

📋 과제 1. "내 일상의 시스템 일지"

주제

하루 동안 자신이 경험한 자연 현상·생활 사건 10가지를 골라, 이 단원에서 배운 시스템·상호작용 개념으로 해석한다.

예시

① 아침 비 → 기권↔수권 (물 순환) ② 자전거 출퇴근 → 운동량과 관성 ③ 점심 식사 → 소화 효소 작용 ④ 등산 → 중력장 운동 ⑤ 잠 → 단백질 합성 (전사·번역)

⭐ 평가 기준 — ① 개념 정확성 (40%) ② 관찰력 (30%) ③ 통찰 (20%) ④ 표현 (10%)

📋 과제 2. "안전 장치 설계 보고서"

주제

충격량 원리를 적용한 새로운 안전 장치를 설계하고 발표한다.

활동

① 어떤 상황에서 어떤 사람을 보호할 것인가 (어린이·노인·운동선수·작업자)
② 충격량 공식으로 설계 근거 제시
③ 재료·작동 원리·기존 제품과의 차이점
④ 도면·시제품 사진·발표 자료

⭐ 평가 기준 — ① 과학 원리 적용 (35%) ② 창의성 (30%) ③ 실용성 (20%) ④ 발표 (15%)

📋 과제 3. "생명의 정보 흐름 만화"

주제

DNA → mRNA → 단백질의 중심 원리를 4컷~8컷 만화로 그린다.

활동

① 자신만의 캐릭터로 DNA, RNA 중합효소, mRNA, 리보솜, tRNA, 단백질을 표현
② 전사와 번역의 핵심 과정이 모두 들어가야 함
③ 마지막 컷에 만들어진 단백질의 역할 묘사

⭐ 평가 기준 — ① 과학적 정확성 (40%) ② 창의성·재미 (30%) ③ 표현력 (20%) ④ 완성도 (10%)

FURTHER · 더 알아보기

호기심을 더 키워줄 자료

🔬 진로·심화 자료

CAREER · 진로

지구과학자·기상학자

지구시스템 연구. 기상청·해양수산부·환경부 산하 연구소.

CAREER · 진로

물리학자·기계공학자

역학 시스템 응용. 자동차·항공·우주 산업의 핵심.

CAREER · 진로

분자생물학자·유전공학자

유전자 편집(CRISPR)·맞춤 치료·신약 개발 분야. 21세기 첨단 생명과학.

VIDEO · 영상

"Inner Life of the Cell" (Harvard)

세포 안에서 일어나는 단백질 합성을 영화처럼 보여 주는 8분 명작.

MUSEUM · 박물관

국립과학관·NASA

판구조론·우주비행·DNA 모형 등을 직접 체험.

APP · 도구

AlphaFold (DeepMind)

DNA 서열로부터 단백질 구조를 예측하는 AI. 생명과학에 혁명을 일으켰다.

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여러분은 이제 자연을 측정의 눈으로 보고, 물질의 규칙성을 알아내며, 시스템의 상호작용으로 세상을 이해할 수 있습니다.
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