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중력으로 인해 왜 시간이 영향을 받는 건가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.중력이 시간에 영향을 미치는 이유는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 설명하는 중력 시간 지연 때문입니다. 일반 상대성 이론에 따르면시공간은 4차원의 매끄럽고 연속적인 텐서이며질량이 있는 물체는 시공간을 휘게 합니다.질량이 큰 물체는 시공간을 더 많이 휘게 하며이 휘어짐은 중력이라고 느껴집니다. 시공간이 휘어지면 시간 흐름에도 영향을 미치게 됩니다. 중력이 강한 곳에서는 시간이 더 느리게 흐르게 되고중력이 약한 곳에서는 시간이 더 빠르게 흐르게 됩니다.이러한 시간 흐름의 차이는 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있습니다.dt = dt_0 * (1 - 2GM/c^2r)dt: 중력장에서 측정된 시간dt_0: 중력이 없는 곳에서 측정된 시간G: 만유인력 상수M: 중력 질량c: 빛의 속도r: 중력 질량 중심으로부터의 거리위 공식에서 알 수 있듯이중력 질량 M이 크고 거리 r이 가까울수록 시간 흐름의 차이 dt는 더 커집니다.지구 표면에서 측정된 시간은 지구 중심부에서 측정된 시간보다 약 10^-16초/초 정도 느립니다. 매우 미미한 차이이지만매우 정밀한 시계를 사용하면 측정할 수 있습니다.중력 시간 지연은 GPS, 블랙홀 연구우주론 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. GPS 위성은 지구 표면보다 약 20,200km 상공에 위치하기 때문에지구 표면보다 시간이 약 45μs/day 더 빠르게 흐릅니다. 이 차이를 고려하지 않으면 GPS 시스템이 정확하게 작동하지 않습니다.블랙홀은 중력이 매우 강한 천체입니다. 블랙홀 근처에서는 시간 흐름이 매우 느려지기 때문에블랙홀 사건 지평선을 넘어선 물체는 외부 세계로 다시 돌아올 수 없습니다.중력 시간 지연은 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 중요한 예측이며우주의 근본적인 특성을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.06
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목성의 지반은 금속이 아닌가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.목성의 지반은 단순한 금속이 아닌 액체 금속 수소로 이루어져 있습니다. 목성은 태양계에서 가장 큰 행성이며주로 수소와 헬륨으로 구성된 가스 행성입니다. 목성의 내부는 고온 고압의 환경으로중심부의 온도는 약 24,000℃압력은 지구 중심부 압력의 약 400만 배에 달합니다.이러한 극한 환경에서 수소는 일반적인 기체가 아닌 액체 금속 수소라는 특별한 상태로 존재합니다. 액체 금속 수소는 전도성을 가지고 있어 목성의 강력한 자기장을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.목성의 지반은 다음과 같은 층으로 구성되어 있습니다.주로 수소와 헬륨으로 구성된 대기층으로서수증기, 메탄암모니아 등의 미량 성분도 포함되요.액체 수소층은 대기 아래에 존재하는 액체 수소층으로서 압력과 온도에 따라 분자 수소와 금속 수소로 구분되요.목성 지반의 대부분을 차지하는 층이며 높은 전도성을 가지고 있어 자기장 형성에 기여해요.액체 금속 수소층 아래에 목성의 지반은 단순한 금속이 아닌 액체 금속 수소로 이루어져 있으며이는 목성의 강력한 자기장 형성에 중요한 역할을 하는 특별한 물질입니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.06
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온도계가 온도를 재는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.온도계는 물질의 온도 변화에 따른 특성 변화를 이용하여 온도를 측정하는 기구입니다. 가장 일반적인 온도계는 다음과 같은 원리를 이용합니다.액체는 온도가 올라가면 부피가 팽창합니다. 액체 온도계는 이 특성을 이용하여 액체의 부피 변화를 눈금으로 표시하여 온도를 측정합니다.대표적인 예로서 수은 온도계, 알코올 온도계가 있어요.기체는 온도가 올라가면 압력이 증가합니다. 기체 온도계는 이 특성을 이용하여 기체의 압력 변화를 눈금으로 표시하여 온도를 측정합니다.대표적인 예로서 압력 온도계가 있어요.대부분의 도체는 온도가 올라가면 전기 저항이 증가합니다. 전기 온도계는 이 특성을 이용하여 도체의 전기 저항 변화를 측정하여 온도를 계산합니다.대표적인 예로서 백금 저항 온도계, 열전대가 있어요.모든 물체는 온도에 따라 적외선 에너지를 방출합니다. 적외선 온도계는 이 특성을 이용하여 물체가 방출하는 적외선 에너지의 양을 측정하여 온도를 계산합니다.비접촉 방식으로 온도 측정 가능특정 물질은 온도 변화에 따라 색이 변합니다. 비색 온도계는 이 특성을 이용하여 물질의 색 변화를 측정하여 온도를 추정합니다.간편한 온도 측정 가능해요.다양한 원리를 이용하는 온도계가 개발되고 있으며각 온도계는 측정 범위, 정확도, 사용 편의성 등에서 차이가 있습니다. 사용 목적에 맞는 온도계를 선택하는 것이 중요합니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 전기·전자
24.02.06
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중력이 높으면 시간은 천천히 흐른다고 하는데요
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.중력이 높으면 시간이 천천히 흐른다는 것은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 설명하는 중력 시간 지연현상입니다. 이 현상에 따르면 중력이 강한 곳에서는 시간이 더 느리게 흐르게 됩니다.지상 1km 위와 지하 1km 사이의 중력 차이는 매우 미세하여 시간 흐름에 미치는 영향은 극히 미미합니다. 두 곳에서 사는 사람의 수명 차이는 중력 시간 지연보다는 다른 요인, 생활 방식, 건강 상태환경 등에 의해 훨씬 더 크게 영향을 받습니다.계산을 통해 보면 다음과 같습니다.지구의 중력 가속도는 g = 9.8 m/s^2입니다.지상 1km 위의 중력 가속도는 g * (1 - 2h/R) = 9.798 m/s^2입니다. (R은 지구 반지름)지하 1km 깊이의 중력 가속도는 g * (1 + 2h/R) = 9.802 m/s^2입니다.지상 1km 위와 지하 1km 깊이의 중력 차이는 약 0.04%입니다. 이 차이는 시간 흐름에 미치는 영향은 매우 미미하여 측정할 수 없습니다.시간 흐름에 미치는 영향을 계산하기 위해 다음과 같은 공식을 사용할 수 있습니다.dt = dt_0 * (1 - 2GM/c^2r)dt: 중력장에서 측정된 시간dt_0: 중력이 없는 곳에서 측정된 시간G: 만유인력 상수M: 중력 질량c: 빛의 속도r: 중력 질량 중심으로부터의 거리위 공식에 지상 1km 위와 지하 1km 깊이의 중력 가속도를 대입하면 시간 흐름의 차이는 약 10^-16초/초즉 1초에 10^-16초 정도밖에 되지 않습니다. 현대의 가장 정밀한 시계로도 측정할 수 없는 수준입니다.중력 시간 지연은 실제로 우리 삶에 영향을 미치지 않는다고 볼 수 있습니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.06
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올해 2월29일은 왜 발생하나요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.2024년 2월 29일은 윤년이기 때문에 발생합니다. 지구가 태양을 한 번 공전하는 데 걸리는 실제 시간은 약 365.2422일입니다. 우리는 편의상 1년을 365일로 계산하기 때문에 4년마다 1일을 추가하여 실제 지구의 공전 주기와 달력을 맞춥니다. 이렇게 추가되는 날이 바로 윤일인 2월 29일입니다.윤달이라는 개념은 2월 29일의 발생 원인을 정확하게 설명하지 않습니다. 윤달은 태음력에 기반한 개념이며1개월의 길이를 달의 주기인 약 29.53일로 정의합니다. 따라서 태음력 1년은 약 354.37일로 태양력 1년보다 11일 정도 짧습니다. 이 차이를 맞추기 위해 태음력에서는 3년에 한 번씩 윤달을 추가합니다.2024년 2월 29일은 윤년이기 때문에 발생하며윤달과는 직접적인 관련이 없습니다.윤년은 4년마다 발생하지만 100으로 나누어 떨어지는 해는 윤년이 아닌 경우가 있습니다. 400으로 나누어 떨어지는 해는 윤년입니다. 1900년은 윤년이 아니지만 2000년은 윤년입니다.윤년은 지구의 공전 주기와 달력을 맞추는 역할을 하는 뿐만 아니라계절과 달력의 일치를 유지하는 데에도 도움이 됩니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 생물·생명
24.02.06
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우리에 강도는 어떻게 정해 지나요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.유리의 강도는 크게 3가지 화학적 요인에 의해 결정됩니다.유리의 주요 구성 요소는 SiO2, 즉 이산화규소입니다. 이산화규소는 규소 원자와 산소 원자가 강력한 공유 결합인 Si-O-Si 결합으로 연결되어 3차원 망상 구조를 형성합니다. 이 결합은 매우 강하고 짧아서 유리에 높은 강도와 경도를 부여합니다.Si-O-Si 결합은 매우 강하지만네트워크 구조에 존재하는 결함은 유리의 강도를 약화시킬 수 있습니다. 이러한 결함은 다음과 같은 경우 발생합니다.붕소, 알칼리 금속 이온과 같은 불순물은 네트워크 구조에 삽입되어 Si-O-Si 결합의 강도를 약화시킬 수 있습니다.제조 과정에서 발생하는 공극은 유리 내부에 응력 집중점을 형성하여 강도를 감소시킵니다.제조 과정이나 사용 중에 발생하는 미세 균열은 유리의 파괴를 촉진하여 강도를 저하시킵니다.유리의 강도는 가공 및 열처리 과정에 의해 영향을 받습니다.유리를 빠르게 냉각하면 표면에 압축 응력이 형성되어 강도가 증가합니다.유리 표면을 연마하면 미세 균열을 제거하여 강도를 향상시킬 수 있습니다.유리를 특정 화학 물질로 처리하면 표면 구조를 변형시켜 강도를 증가시킬 수 있습니다. 유리의 강도는 Si-O-Si 결합의 강도, 네트워크 구조의 결함, 그리고 가공 및 열처리 과정에 의해 결정됩니다. 이러한 요소들을 최적화하여 더 강하고 내구성이 뛰어난 유리를 개발하는 것이 지속적인 연구 과제입니다.유리의 강도는 압축력에 비해 인장력에 약합니다.유리의 강도는 온도 변화에 민감합니다.유리의 강도는 시간이 지남에 따라 감소할 수 있습니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 화학
24.02.06
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압력이 높아지면 온도가 높아지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.압력이 높아지면 온도가 높아지는 이유는 두 가지 주요 원인 때문입니다.압력이 높아지면 기체 분자들이 서로 더 sık하게 충돌하게 됩니다. 이러한 충돌은 분자의 운동 에너지를 증가시키고, 이는 온도 상승으로 이어집니다. 마치 탁구공을 더 강하게 칠수록 더 빠르게 움직이는 것과 같은 원리입니다.압력이 높아지면 기체 분자들이 외부 힘에 의해 밀려서 잠재 에너지가 감소합니다. 이 감소한 잠재 에너지는 운동 에너지로 변환되고, 이는 다시 온도 상승으로 이어집니다. 마치 스프링을 압축했을 때 저장된 잠재 에너지가 스프링을 풀 때 운동 에너지로 변환되는 것과 같은 원리입니다.이러한 두 가지 원인 외에도 압력이 높아지면 온도가 높아지는 데 영향을 미치는 다른 요소들도 있습니다. 압력이 높아지면 기체의 비열이 증가하여 온도 변화에 대한 기체의 저항력이 커집니다. 압력이 높아지면 기체 분자 사이의 거리가 감소하여 분자 간 인력이 증가하고, 이는 분자 운동 에너지 증가에 영향을 미칩니다.압력이 높아지면 온도가 높아지는 이유는 여러 가지 요인이 복합적으로 작용하기 때문입니다.압력과 온도는 기체 상태 방정식으로 정량적으로 나타낼 수 있습니다.압력이 높아지면 온도가 높아지는 현상은 다양한 분야에서 활용됩니다. 압력솥은 높은 압력을 이용하여 음식을 더 빠르게 조리할 수 있도록 합니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다
학문 / 물리
24.02.06
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일상생활 중에 방사능이 얼마나 있나요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.일상생활 속에서 자연적으로 또는 인위적으로 다양한 방사능 물질에 노출됩니다. 자연적인 방사능 노출은 주로 지구의 토양 공기 물에서오는 방사성 물질로부터 비롯되며 인위적인 방사능 노출은 의료진단 항공 여행 일부 소비재 등에서 비롯됩니다.자연 방사성 물질에는 우라늄과 토륨과같은 원소들이 포함되며 라돈 가스 칼륨-40탄소-14와 같은 방사성 동위원소도자연적으로 존재합니다.토양과 바위 건축 자재에 있는 우라늄이 붕괴하여 발생하는 라돈 가스는 전 세계적으로 실내 공기에서 가장 높은 방사능 노출원 중 하나입니다.인위적 방사성 물질은 일상생활에서 사용하는 연기 감지기 일부 발광시계 또는 시계의방사성 물질 그리고 정기적으로 접하는 의료방사선 등에서 발견됩니다. 전 세계적으로 방사선에 대한 노출 기준치는 국제원자력기구와 국제방사선방호위원회와 같은 기관에 의해 설정되며 이 기준치들은 인간에게 미치는 피해를 최소화하도록 설계되었습니다. 이러한 기준들은 다양한 국가와 지역에서도 법적 규제로 반영됩니다.방사선 노출은 일반적으로 밀리시버트(mSv) 단위로 측정되며 평균적인 전세계 인구의 연간 자연적 배경 방사선 노출은 대략 2.4mSv 정도 입니다. 비행 승무원이나 핵의학 분야에서 근무하는 사람들과 같이 일부 직업군에서는 노출 수치가 더 높을 수 있으며 의료진단을 위한 방사선 검사로 인한 노출량은 이를 상회할 수 있습니다.중요한 것은 이러한 방사선 노출 수치가 사람마다 상당히 다양할 수 있으며 지역적 환경적직업적 요소에 따라 달라질 수 있다는 것입니다. 방사선 안전에 관한 지침을 업데이트하기 위해 국제기구들은 지속적으로 연구를 수행하고 있으며 현재 기준치들은 엄격합니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 화학
24.02.06
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태양계의 행성이 모두 태양을 공전해야 행성인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.명왕성이 행성 지위에서 제외된주된 이유는 그 크기 때문이아니었습니다. 명왕성은 크기 면에서 달보다작지 않습니다. 제로 명왕성의 직경은 약 2377km로 달의 직경인 약 3474.8km보다 작습니다. 명왕성의 행성 지위 변경은 국제천문연맹이 2006년에 행성의 정의를 새롭게 정립한 결과입니다.IAU에 따르면 행성으로 분류되기 위해서는 아래 조건을 만족해야 합니다.천체는 태양 주변을 공전해야 합니다.천체는 자체 중력으로 인해 거의 둥근 모양을 이루어야 합니다.천체는 지구 궤도 주변 의 다른 잔해물들을 정리해야 합니다.명왕성은 처음 두 조건은 충족하지만 마지막 조건을 충족시키지 못합니다.명왕성은 자신의 궤도를 질량의 다른 물체로부터 충분히 정리하지못했습니다. 명왕성은 쿠이퍼 벨트라 불리는 지역에 있다는 사실이 확인되면서이 지역에서 수많은 다른 비슷한 크기의소천체들과 공간을 공유하고 있다는 것이 밝혀졌고 이 때문에 IAU는 명왕성을 왜행성으로 재분류했습니다.달은 지구를 공전하는 천체이므로 지구의 위성입니다. 태양을 직접 공전하는 천체만이행성으로 분류될 수 있습니다. 태양계 안에서 태양을 직접 공전하지 않는 천체는 위성이라고 불립니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.06
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달도 달주위를 도는 위성이 있는것인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.달 자체는 현재까지 알려진 바로는 자신만의 자연 위성을 가지고 있지 않습니다. 달 주변을 도는 위성이 없다는것은 그 규모와 중력의 관계 그리고우리 태양계에서 달의 위치 등 다양한 이유가 복합적으로 작용한 결과입니다. 그중에서도 특히 중요한 것은 중력입니다.달의 중력은 소규모의 물체를 자신의 궤도로 끌어들일 정도로 강하지 않으며 만약 작은 천체가 달 근처를 지난다 하더라도지구의 훨씬 더 강한 중력의 영향을 받거나 태양계의 다른 요소들의 영향을 받아 장기간 궤도를 유지하기 어렵습니다.지구의 위성으로는 달이 유일한 큰 자연 위성입니다. 지구는 지구-달 시스템 주변의 일시적으로 안정된 궤도에 들어 있는 소위 일시적 위성 혹은 자연 임시 위성이 몇 개 발견된 바 있습니다. 이들은 주로 소행성이나 지구 주변의 우주 먼지와 같은 작은 천체들로 일정 기간 동안지구 근처에서 안정된 궤도를 유지하지만 결국은 탈출하여 다른 경로로 나가게 됩니다. 이러한 천체들은 지구의 영구적인 위성이라기보다는일시적 방문자에 가깝습니다.현재 인류의 지식 범위 내에서는 지구에는 달이라는 단 하나의 자연 위성이 있으며 달 자신은 별도의 위성을 가지고 있지 않습니다.답변이 마음에 드셨다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.06
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