답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.물을 내릴 때 미세한 물방울이 공기 중으로 퍼진다는 건 사실이에요. 2022년 미국 콜로라도대 연구팀이 녹색 레이저로 물 내리는 순간을 촬영했더니, 물방울 구름이 초속 2m 가까운 속도로 솟구쳐 8초 만에 1.5m 높이까지 올라갔어요. 1970년대 실험에서도 물방울이 1.8m 정도까지 퍼지는 게 확인됐고요. 2m라는 숫자가 과장만은 아니에요.그런데 실험에 쓴 변기는 공중화장실에 흔한, 뚜껑 없이 수압으로 세게 내리는 방식이었어요. 물탱크가 달린 가정용 변기는 물살이 약해서 퍼지는 양과 거리가 훨씬 적어요. 칫솔에 묻는 세균도 대부분 변기가 아니라 내 입과 욕실 공기에서 온다는 연구 결과가 있어요. 칫솔에서 장내 세균이 일부 나오긴 했지만 병을 일으킬 만큼의 양은 아니었어요.뚜껑을 닫는 게 확실한 해결책도 아니에요. 2024년 애리조나대 연구에서는 뚜껑을 닫고 내려도 틈새로 새어 나온 물방울 때문에 바닥과 주변의 바이러스 오염이 크게 줄지 않았어요. 그래도 위로 튀는 양은 줄어드니 닫고 내리는 편이 낫고, 칫솔은 변기에서 떨어진 곳에 두고 잘 말리세요. 변기 안쪽과 주변을 자주 소독하고 환기를 하는 게 더 효과적이에요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.zHBM은 삼성전자가 구상 중인 차세대 3D 적층 메모리예요. 지금의 HBM은 GPU 같은 AI 가속기 옆에 나란히 놓이고, 둘 사이를 실리콘 인터포저라는 얇은 기판 위의 배선이 이어줘요. zHBM은 메모리를 가속기 바로 위에 수직(z축 방향)으로 쌓는 방식이라 이름에 z가 붙었어요. 올해 8월 FMS에서 처음으로 목업이 공개됐어요.성능이 높아지는 원리는 연결 통로의 수와 길이에 있어요. 메모리 대역폭은 데이터가 오가는 통로 수에 통로 하나의 속도를 곱한 값인데, 옆에 놓는 방식은 칩 가장자리로만 배선을 뽑아야 해서 HBM4 기준 2,048개 정도가 한계예요. 위에 쌓으면 메모리 바닥 면 전체가 가속기 윗면과 맞닿으니, 웨이퍼끼리 직접 붙이는 본딩 기술로 수만 개의 연결을 만들 수 있어요. 옆 건물로 가려고 구름다리 몇 개를 놓던 걸 층마다 엘리베이터로 바로 잇는 것과 비슷해요. 신호가 가는 거리도 mm에서 μm 수준으로 짧아져서, 배선을 충전하고 방전하는 데 드는 에너지가 줄어들어요. 삼성은 이런 방식으로 HBM5 대비 최대 8배 성능, 전력 대비 성능 3배, 용량 밀도 10배 이상을 제시했어요.풀어야 할 문제도 있어요. 가장 뜨거운 가속기 위에 메모리를 얹으면 열이 빠져나갈 길이 막혀요. 두 칩을 웨이퍼 단위로 붙이다 보니 한쪽 불량이 전체 불량으로 이어지기도 쉽고요. 8배라는 수치도 삼성이 제시한 목표치이고 양산 시기는 아직 정해지지 않아서, 실제 제품이 나올 때까지는 지켜볼 필요가 있어요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.PV = nRT에서 부피 V만 남기고 나머지를 오른쪽으로 넘기면 V = (nR/P) × T가 돼요. 닫힌 용기라 기체의 양 n이 변하지 않고, R은 기체 상수라 원래 고정된 값이에요. 여기에 압력 P까지 일정하게 유지하면 괄호 안의 nR/P 전체가 하나의 상수가 돼요. 이 상수를 k라 하면 V = kT, 곧 V/T = 일정이라는 샤를 법칙이 나와요. 처음 상태와 나중 상태를 비교할 때는 V₁/T₁ = V₂/T₂로 쓰면 편해요.계산할 때 온도는 반드시 절대온도(K)로 넣어야 해요. 27℃(300K)의 기체를 327℃(600K)로 올리면 부피가 두 배가 되지만, 27℃에서 54℃로 올리는 건 두 배가 아니에요. 섭씨로 그래프를 그리면 원점을 지나지 않고, 선을 연장하면 약 −273℃에서 부피가 0이 되는 지점과 만나요. 이 온도를 0K로 잡은 게 절대온도라서, 켈빈으로 그리면 원점을 지나는 직선이 돼요.분자 운동으로 보면 온도가 오를수록 분자가 빨라져서 벽을 더 세게, 더 자주 두드려요. 압력이 일정하려면 피스톤이 밀려나며 부피가 커져야 하고, 공간이 넓어진 만큼 충돌 횟수가 줄어서 원래 압력과 다시 맞춰져요. 부풀린 풍선을 냉장고에 넣으면 쪼그라들고 꺼내면 다시 부푸는 것도 같은 현상이에요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.기체의 압력은 분자들이 벽에 부딪히며 밀어내는 힘을 벽 넓이로 나눈 값이에요. 그래서 압력은 분자 하나가 부딪힐 때 벽에 주는 충격과 단위 시간 동안 벽에 부딪히는 횟수, 이 두 가지로 정해져요.온도가 일정하면 분자들의 평균 운동에너지, 곧 평균 속력이 그대로예요. 분자 하나가 벽에 한 번 부딪혀 주는 충격의 크기는 변하지 않아요. 달라지는 건 충돌 횟수예요. 부피를 절반으로 줄이면 같은 수의 분자가 절반의 공간에 모이니 1cm³ 안에 든 분자 수가 두 배가 돼요. 벽 가까이에 있는 분자도 두 배로 늘어서 같은 넓이의 벽에 부딪히는 횟수가 두 배가 되고, 압력도 두 배가 돼요. 부피가 3분의 1이면 압력은 3배예요. PV가 일정하다는 보일 법칙이 여기서 나와요.식으로 쓰면 분자 운동론에서 압력은 P = (1/3)(N/V)m⟨v²⟩로 나와요. 양변에 V를 곱하면 PV = (1/3)Nm⟨v²⟩가 되는데, 우변의 m⟨v²⟩는 온도에만 달려 있어서 온도와 분자 수가 일정하면 PV도 일정한 값이 돼요.그런데 기체를 압축하면 피스톤이 분자를 밀며 일을 해주기 때문에 원래는 온도가 올라가요. 자전거 펌프를 빠르게 누르면 끝이 뜨거워지는 게 그 예예요. 보일 법칙이 성립하려면 천천히 압축해서 생긴 열이 바깥으로 빠져나가 온도가 유지되어야 해요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.자율주행차에는 카메라, 레이더, 라이다가 함께 달려 있고 각각 잘 보는 게 달라요. 카메라는 사람 눈처럼 색과 모양을 봐서 차선, 신호등 색, 표지판 글자를 읽어내요. 레이더는 전파를 쏘고 돌아오는 시간과 주파수 변화로 앞차까지의 거리와 속도를 재고, 비나 안개 속에서도 잘 작동해요. 라이다는 레이저를 초당 수십만 번 쏴서 주변을 점으로 이뤄진 3차원 입체 지도로 그려요. 여기에 GPS, 가속도 센서, 미리 만들어 둔 정밀 지도를 맞춰 보면서 내 차가 차선 안 어디쯤 있는지 수 cm 단위로 파악해요.이 정보들을 합치는 과정을 센서 융합이라고 해요. 카메라가 사람 모양이라고 본 물체를 라이다가 20m 앞이라고 알려주고, 레이더가 시속 5km로 다가온다고 확인해주는 식이에요. 물체가 차인지 보행자인지 자전거인지 구분하는 건 수백만 장의 도로 영상으로 학습한 딥러닝 인공지능이 맡아요.인식 다음에는 예측이에요. 주변 차와 사람이 몇 초 뒤 어디에 있을지 움직임 패턴으로 추정하고, 그걸 피하면서 목적지로 가는 가장 안전하고 부드러운 경로를 계산해요. 계산된 경로는 핸들 각도, 가속, 제동 명령으로 바뀌어 실행되고, 이 과정 전체가 1초에 수십 번 반복돼요. 폭설로 차선이 가려지거나 센서에 흙이 묻는 경우, 학습 데이터에 없던 낯선 상황에서는 아직 판단이 흔들릴 수 있어서 완전 자율주행이 조심스럽게 확대되고 있어요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.기체 분자는 쉬지 않고 날아다니며 용기 벽에 부딪혀요. 이 충돌이 압력이고, 분자들의 평균 운동에너지가 곧 온도예요. 단열 팽창은 피스톤 같은 벽이 바깥으로 밀려나는 상황이에요. 뒤로 물러나는 벽에 부딪힌 분자는 부딪히기 전보다 느린 속도로 튕겨 나와요. 뒤로 빠지는 글러브로 공을 받으면 공이 덜 튀어나오는 것과 같은 원리예요. 분자가 잃은 운동에너지는 벽을 밀어내는 데 쓰였고, 이게 기체가 외부에 한 일이에요.제1법칙으로 쓰면 ΔU = Q − W예요. 단열이라 Q = 0이니 ΔU = −W가 돼요. 기체가 일을 한 만큼 내부 에너지가 빠져나가고, 이상기체의 내부 에너지는 분자 운동에너지뿐이라 온도가 그만큼 내려가요. 외부에서 열이 들어와 메워줄 수 없으니 줄어든 에너지가 그대로 온도 하강으로 나타나요. 식으로는 TV^(γ−1)이 일정하게 유지되고, 공기는 γ = 1.4라 부피가 두 배로 늘면 절대온도가 약 24% 떨어져요.스프레이를 오래 뿌리면 캔이 차가워지는 것, 공기가 산을 타고 오르며 팽창하다 식어 구름이 생기는 것이 모두 이 현상이에요. 마른 공기는 1km 올라갈 때마다 약 10℃씩 식어요. 그런데 진공으로 풀려나가는 자유 팽창은 밀어낼 벽이 없어 일을 하지 않으니, 이상기체라면 온도가 변하지 않아요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.네, 열역학 제2법칙이 맞아요. 제2법칙에는 여러 표현이 있는데, 그중 켈빈-플랑크 표현이 딱 이 내용이에요. 한 열원에서 열을 받아 그 전부를 일로 바꾸면서 계속 순환하는 기관은 만들 수 없다는 거예요. 에너지 보존만 따지는 제1법칙은 100% 전환을 막지 않아요. 제2법칙이 따로 필요한 이유가 여기에 있어요.엔트로피로 보면 근거가 보여요. 온도 T인 곳에서 열 Q가 들어오면 엔트로피도 Q/T만큼 함께 들어와요. 반면 일은 엔트로피를 전혀 싣고 나가지 않아요. 열기관은 한 바퀴 돌고 나면 처음 상태로 돌아와야 하니, 들어온 엔트로피를 어딘가로 내보내야 해요. 일로는 내보낼 수 없어서 차가운 쪽으로 열을 일부 버리는 방법밖에 없어요. 전체 엔트로피가 줄지 않는다는 조건을 넣어 계산하면 최대 효율은 1 − T저온/T고온이 나와요. 이게 카르노 효율이에요.600K에서 열을 받고 300K로 버리는 기관이라면 아무리 완벽하게 만들어도 효율은 50%가 한계예요. 100%가 되려면 저온 쪽이 절대영도여야 하는데, 절대영도에는 도달할 수 없다는 게 제3법칙이에요.제2법칙은 수학적으로 증명된 정리라기보다 수많은 실험과 관찰에서 반례가 한 번도 나오지 않은 경험 법칙이에요. 통계역학으로 보면 무작위로 흩어진 분자 운동을 한 방향의 일로 모두 모을 확률이 사실상 0이라는 것으로 설명돼요. 반대로 일을 마찰로 전부 열로 바꾸는 건 아주 쉽게 일어나요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.물체의무게 mg를 경사면 방향과 수직 방향으로 나누면, 경사면을 따라 끌어내리는 힘은 mg sinθ이고 면을 누르는 힘은 mg cosθ예요. 운동 마찰력은 누르는 힘에 비례하니 μmg cosθ이고, 운동 방향과 반대로 작용해요. 뉴턴 제2법칙으로 식을 세우면 ma = mg sinθ − μmg cosθ가 되고, 양변의 m이 약분돼서 a = g(sinθ − μcosθ)가 나와요. 가속도에 질량이 들어가지 않으니, 질량을 바꿨을 때 가속도가 달라지지 않는지 보는 것도 좋은 검증이 돼요.측정은 물체를 정지 상태에서 놓고 길이 L을 내려가는 시간 t를 재면 돼요. L = ½at²에서 a = 2L/t²로 가속도를 구하고, 이를 μ = tanθ − a/(g cosθ)에 넣으면 마찰계수가 나와요. 각도를 여러 번 바꿔 측정했다면 식을 a/cosθ = g tanθ − μg로 바꿔 그래프를 그려보세요. 가로축을 tanθ, 세로축을 a/cosθ로 두면 직선이 나오고, 기울기는 g, 세로축 절편은 −μg가 돼요. 점 하나로 구할 때보다 측정 오차가 줄어들어요.역학적 에너지로 분석할 때는 출발 높이 h에서의 위치에너지 mgh와 바닥에서의 운동에너지 ½mv²의 차이가 마찰력이 한 일과 같아요. mgh − ½mv² = μmg cosθ × L이라서 줄어든 에너지를 L과 cosθ로 나눠 보면 역시 μ를 구할 수 있어요. 두 방법으로 구한 μ가 비슷하게 나오면 측정이 잘된 거예요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.다이오드는 전류를 한 방향으로만 흘리는 소자예요. 브릿지 회로는 이 다이오드 4개를 마름모 모양으로 연결해서, 교류의 방향이 바뀌어도 부하를 지나는 전류는 늘 같은 방향이 되도록 길을 바꿔줘요.교류 입력의 위쪽 단자가 +가 되는 반주기에는 전류가 D1을 지나 부하의 위쪽으로 들어가고, 부하를 빠져나온 뒤 D3를 거쳐 아래쪽 단자로 돌아가요. 이때 D2와 D4는 역방향이 걸려 막혀 있어요. 반대로 아래쪽 단자가 +가 되는 반주기에는 D2를 지나 역시 부하의 위쪽으로 들어가고 D4를 거쳐 위쪽 단자로 돌아가요. 입력 극성은 뒤집혔지만 부하에 들어가는 쪽은 똑같이 위쪽이에요. 음(−)의 반파가 뒤집혀서 양(+)으로 올라오니 교류 양쪽이 모두 쓰여요.다이오드 하나만 쓰는 반파 정류는 음의 반주기를 그냥 버려서 에너지 절반을 잃어요. 브릿지 정류는 60Hz 교류를 넣으면 초당 120번 솟는 맥류가 나와요. 방향은 하나지만 크기가 계속 출렁이는 상태라서, 뒤에 큰 콘덴서를 달아 봉우리 사이를 메워줘요. 콘덴서가 전압이 높을 때 충전됐다가 떨어질 때 방전하면서 평평한 직류에 가까워져요. 전류가 늘 다이오드 2개를 거치기 때문에 출력 전압은 입력 최댓값보다 1.4V 정도 낮아져요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.충전 속도는 케이블보다 충전기(어댑터)가 얼마나 힘을 내주느냐에 달려 있어요. 15년식 모닝에 달린 USB 단자나 예전 시거잭 충전기는 대부분 5V 1A, 약 5W 수준이에요. 요즘 스마트폰 배터리는 4,000~5,000mAh라서 이 정도로는 폰을 꺼둬도 완충에 5~6시간이 걸려요. 24시간은 과장이지만, 내비를 켜고 화면을 밝게 쓰면서 충전하면 소모량이 충전량과 비슷해서 배터리가 거의 안 오르거나 오히려 줄어들기도 해요. 그래서 체감으로는 하루 종일 걸리는 것처럼 느껴질 수 있어요.차에서도 고속충전을 하시려면 시거잭에 꽂는 고속충전 차량용 충전기로 바꾸시면 돼요. 갤럭시는 PD 25W(PPS 지원), 아이폰은 PD 20W 이상 제품을 고르시면 되고, 여기에 3A를 지원하는 C타입 케이블을 같이 쓰셔야 속도가 제대로 나와요. 충전기만 바꾸고 케이블이 예전 것이면 속도가 다시 떨어지거든요. 모닝 시거잭은 12V에 10A 이상을 버티도록 되어 있어서 30W 안팎 충전기를 써도 무리가 없어요.충전기는 KC 인증이 있는 제품이 발열이나 과전류 보호 면에서 안전해요. 시동을 끈 뒤에도 시거잭에 전기가 들어오는 차도 있으니, 오래 주차할 때는 충전기를 빼두시는 게 배터리 방전을 막는 데 좋아요 :)