답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.자연이 바위를 깨는 방법은 생각보다 다양하고 시간만 충분하면 아무리 단단한 바위도 결국 무너뜨려요.말씀하신 물의 작용부터 보면, 바위 틈에 스며든 물이 겨울에 얼면서 부피가 약 9퍼센트 팽창하거든요. 이 팽창이 틈 안쪽에서 쐐기처럼 바위를 벌리는 힘으로 작용해요. 이걸 동결 풍화라고 하는데, 얼었다 녹았다를 수백 번 반복하면 처음에는 머리카락 굵기였던 균열이 손가락이 들어갈 만큼 벌어지고 결국 덩어리째 떨어져 나가요. 산악 지대에서 바위가 잘게 쪼개져 너덜지대를 이루는 게 대부분 이 과정의 결과예요.식물 뿌리의 힘도 대단해요. 씨앗이 바위 틈에 자리를 잡으면 뿌리가 자라면서 틈을 천천히 벌려요. 나무 뿌리가 콘크리트 보도블록을 들어올리는 걸 보신 적 있으실 텐데, 바위에서도 똑같은 일이 일어나요. 뿌리 끝에서 분비되는 유기산이 바위 표면을 화학적으로 녹이면서 동시에 물리적으로 밀어내니까 이중으로 공격하는 셈이에요.화학적 풍화도 강력해요. 빗물에는 공기 중 이산화탄소가 녹아 있어서 약한 탄산을 이루는데, 이 산성 물이 석회암 같은 바위를 서서히 녹여요. 동굴이 만들어지는 과정이 바로 이거예요. 화강암처럼 단단한 바위도 장석 성분이 물과 반응하면 부드러운 점토로 변하면서 내부에서부터 약해지거든요. 소변의 암모니아도 비슷한 원리로 표면을 화학적으로 공격할 수 있지만 양이 워낙 적어서 효과는 미미한 편이에요.온도 변화만으로도 바위는 깨져요. 사막처럼 낮과 밤의 온도 차이가 극단적인 곳에서는 바위 표면이 낮에 뜨겁게 팽창했다가 밤에 급격히 수축하거든요. 바위 바깥쪽과 안쪽의 팽창 속도가 다르기 때문에 겉껍질이 양파처럼 벗겨지는 현상이 일어나요. 이걸 판상 절리라고 부르는데, 사막의 둥근 바위들이 매끈한 이유가 이 과정 때문이에요.바닷가에서는 파도가 바위를 때리면서 틈 안의 공기를 압축하고, 파도가 빠지면 그 압력이 한꺼번에 풀리면서 바위를 깨뜨리기도 해요. 바람에 실린 모래 알갱이가 바위 표면을 사포처럼 갈아내는 것도 자연적인 침식이에요.결국 자연은 물리적 힘, 화학 반응, 생물의 작용, 온도 변화를 동시에 총동원해서 바위를 공격하고 있어요. 하나하나는 느리지만 수천 년 수만 년이 쌓이면 산 하나를 깎아내릴 수 있는 거랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.우라늄 농축이라는 건 자연 상태의 우라늄에서 핵분열을 잘 일으키는 우라늄-235의 비율을 높이는 과정이에요. 자연 우라늄에는 우라늄-235가 0.7퍼센트밖에 안 들어 있고 나머지 99.3퍼센트는 핵분열이 잘 안 되는 우라늄-238이거든요. 이 0.7퍼센트를 용도에 맞게 끌어올리는 게 농축이에요.원자력 발전소에서 연료로 쓰려면 3에서 5퍼센트 정도면 충분해요. 이 수준에서는 핵분열 연쇄반응이 통제 가능한 속도로 일어나서 열을 꾸준히 뽑아낼 수 있거든요. 반면 핵무기를 만들려면 90퍼센트 이상까지 농축해야 해요. 우라늄-235의 비율이 이 정도가 돼야 한꺼번에 폭발적인 연쇄반응을 일으킬 수 있기 때문이에요.60퍼센트 농축이 문제가 되는 건 이 단계에 도달했다는 것 자체가 기술적으로 90퍼센트까지 가는 길의 대부분을 이미 지났다는 뜻이기 때문이에요. 농축 과정에서 가장 어렵고 시간이 오래 걸리는 구간이 0.7퍼센트에서 20퍼센트까지 올리는 초반부예요. 저농축 우라늄에서 불순물처럼 섞여 있는 우라늄-235를 가려내는 작업이 처음에는 효율이 극히 낮거든요. 그런데 20퍼센트를 넘기면 원심분리기를 같은 방식으로 돌려도 농축 속도가 훨씬 빨라져요. 60퍼센트에서 90퍼센트로 올리는 건 기술적으로 비교적 짧은 시간에 가능한 구간이에요. 그래서 국제사회에서는 20퍼센트 이상을 고농축으로 분류하고 경계하는데, 60퍼센트는 그 경계를 한참 넘어선 수준이라 사실상 무기급 문턱에 와 있다고 보는 거예요.미국이 폐기나 반출을 요구하는 이유가 바로 여기에 있어요. 60퍼센트 농축 우라늄이 존재하는 한 정치적 결정만 내리면 몇 주 안에 무기급까지 도달할 수 있는 상태가 유지되는 거라, 물질 자체를 없애거나 자국으로 가져가서 그 가능성을 원천적으로 차단하겠다는 거랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.이 문제는 두 물체가 부딪힌 뒤 속도가 어떻게 바뀌는지를 구하고, 거기서 충격량을 뽑아내는 문제예요.먼저 상황을 정리하면 가벼운 물체 A는 질량 m이고 가만히 서 있어요. 무거운 물체 B는 질량 3m이고 속력 v로 A를 향해 달려오고 있어요. 둘이 부딪히는데 에너지 손실이 없는 완전 탄성 충돌이에요.완전 탄성 충돌에서 한쪽이 정지해 있을 때 쓸 수 있는 공식이 있어요. 충돌 뒤 각각의 속도를 바로 구할 수 있는 식인데, 운동량 보존과 에너지 보존을 동시에 풀어서 정리한 결과예요. 정지해 있던 A의 충돌 후 속도는 2 곱하기 B의 질량 나누기 두 질량의 합, 여기에 B의 원래 속력을 곱한 값이에요. 숫자를 넣으면 2 곱하기 3m 나누기 m 더하기 3m, 곱하기 v이니까 6m 나누기 4m 곱하기 v, 정리하면 3v 나누기 2가 돼요. 달려오던 B의 충돌 후 속도는 B의 질량 빼기 A의 질량 나누기 두 질량의 합, 곱하기 원래 속력이에요. 3m 빼기 m 나누기 4m 곱하기 v이니까 2m 나누기 4m 곱하기 v, 정리하면 v 나누기 2가 돼요.충격량은 운동량의 변화량이에요. B가 A로부터 받은 충격량을 구하라고 했으니까 B의 운동량이 얼마나 바뀌었는지를 보면 돼요. 충돌 전 B의 운동량은 3m 곱하기 v이고, 충돌 후에는 3m 곱하기 v 나누기 2, 그러니까 3mv 나누기 2예요. 운동량 변화량은 나중 값에서 처음 값을 빼면 되니까 3mv 나누기 2 빼기 3mv, 정리하면 마이너스 3mv 나누기 2가 돼요. 마이너스가 붙은 건 B가 느려지는 방향으로 힘을 받았다는 뜻이고, 문제에서 크기를 물었으니까 절댓값을 씌우면 충격량의 크기 I는 3mv 나누기 2예요.직관적으로 이해하면 무거운 B가 가벼운 A에 부딪히면서 속력이 v에서 v 나누기 2로 절반으로 줄었어요. 줄어든 만큼의 운동량이 A로 넘어간 거고, 그 넘어간 양이 곧 충격량이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.수학을 잘하시는데 물리가 어렵다고 느끼시는 건 꽤 흔한 경우예요. 수학은 공식이 곧 문제의 언어라서 식을 다룰 줄 알면 풀리는 구조인데, 물리는 눈앞의 상황을 먼저 해석한 다음에 어떤 공식을 꺼내야 하는지 판단하는 단계가 하나 더 있거든요. 공식을 다 외웠는데도 막히는 건 이 해석 단계가 아직 훈련되지 않아서예요.가장 효과적인 방법은 문제를 읽자마자 바로 식을 세우려 하지 말고, 상황을 그림으로 그리는 습관을 들이는 거예요. 물체가 어디에 있고 어떤 방향으로 움직이는지, 힘은 몇 개가 어디로 작용하는지를 직접 화살표로 그려보는 거예요. 이걸 자유물체도라고 하는데, 그림을 그리는 순간 머릿속에서 막연했던 상황이 구체적으로 정리되면서 어떤 공식을 써야 하는지가 자연스럽게 보이기 시작해요. 수학 잘하시는 분들은 식이 세워지기만 하면 푸는 건 빠르기 때문에, 이 그림 그리는 단계만 익숙해지면 성적이 확 달라질 거예요.공식을 외우는 방식도 살짝 바꿔보시면 좋아요. 단순히 문자와 숫자의 조합으로 외우지 말고, 그 식이 무슨 뜻인지를 말로 풀어보는 거예요. 예를 들어 F=ma를 외울 때 힘이 클수록 가속도가 커지고, 질량이 클수록 같은 힘에도 덜 움직인다는 식으로 관계를 이해해두면 문제에서 뭘 구해야 하는지 파악이 훨씬 빨라져요. 공식을 수학 도구가 아니라 현상을 설명하는 문장으로 기억하는 거랍니다.연습할 때는 처음부터 어려운 문제를 잡지 마시고, 교과서 예제처럼 공식 하나만 쓰는 단순한 문제부터 반복하시는 게 좋아요. 그림 그리고 힘 표시하고 식 세우는 흐름을 쉬운 문제에서 충분히 몸에 익힌 다음에 복합 문제로 넘어가면 응용이 자연스럽게 돼요. 수학 실력이 받쳐주시는 분이라 이 연결고리만 잡으시면 생각보다 빠르게 올라갈 거예요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.거미 한 마리가 한 번에 뽑아낼 수 있는 거미줄의 양은 생각보다 적어요. 일반적인 집거미 크기 기준으로 몸속에 저장하고 있는 실크 단백질은 대략 수십 밀리그램 정도인데, 이걸 다 뽑아내면 수십 미터에서 길게는 백 미터 가까운 줄을 만들 수 있어요. 자기 체중의 대략 10분의 1에서 5분의 1 정도를 실크로 저장하고 있는 셈이에요. 다만 한 번에 다 쏟아내는 건 아니고 먹이를 잡는 그물을 칠 때도 보통 체내 저장량의 일부만 사용해요. 다 쓰고 나면 먹이에서 얻은 단백질로 다시 보충하는데, 실크를 재생산하는 데 에너지가 꽤 들기 때문에 많은 거미가 낡은 거미줄을 직접 먹어서 재활용하기도 해요.거미 크기에 따른 차이는 확실히 있어요. 열대 지방에 사는 왕거미 종류는 몸집이 크고 방적돌기도 발달해서 한 번에 수백 미터 길이의 줄을 생산할 수 있고, 거미줄의 굵기 자체도 두꺼워요. 반대로 몸길이가 몇 밀리미터에 불과한 작은 거미는 생산량도 적고 줄도 훨씬 가늘지만, 체중 대비 비율로 따지면 큰 거미와 크게 차이 나지 않는 경우가 많아요.더 흥미로운 건 같은 거미라도 용도에 따라 완전히 다른 종류의 줄을 뽑아낸다는 거예요. 거미 한 마리가 최대 일곱 종류의 실크를 만들 수 있는데, 그물의 뼈대가 되는 줄은 강도가 높고 잘 늘어나지 않게, 먹이를 감싸는 줄은 접착성을 높게, 알주머니를 싸는 줄은 자외선 차단과 방수 기능을 갖추도록 성분과 구조를 바꿔서 뽑아내거든요. 방적돌기에 달린 여러 종류의 실크샘이 각각 다른 단백질 조합을 분비하는 방식이에요. 양은 작지만 용도별로 성질을 자유자재로 바꿀 수 있다는 점이 거미줄이 꿈의 소재라 불리는 이유랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.말씀하신 유물은 구리 두루마리, 영어로 Copper Scroll이라고 불리는 사해문서 중 하나예요. 발견 당시 구리가 2천 년 가까이 산화되면서 극도로 부서지기 쉬운 상태였기 때문에 그냥 펴려고 하면 바스러져 버릴 수밖에 없었거든요. 그래서 1955년에 맨체스터 공과대학에서 두루마리를 얇은 띠 형태로 조심스럽게 잘라내는 방법을 선택한 거예요. 내용을 읽기 위한 최선의 방법이었지만 원본이 23개 조각으로 나뉘어야 했던 거랍니다.요즘 기술로는 자르지 않고도 내부를 읽어낼 수 있어요. 가장 유력한 방법이 마이크로 CT 스캔인데, 병원에서 쓰는 CT의 훨씬 정밀한 버전이라고 생각하시면 돼요. X선을 여러 각도에서 쏘아 내부 구조를 3차원으로 복원하는 기술인데, 구리에 새겨진 글자는 주변보다 두께나 밀도가 미세하게 다르거든요. 이 차이를 잡아내면 말린 상태 그대로 안쪽에 뭐가 쓰여 있는지 디지털로 펼쳐볼 수 있어요. 실제로 화산재에 묻혀 탄화된 헤르쿨라네움 파피루스를 이 방식으로 펼치지 않고 글자를 읽어낸 사례가 이미 있어요.물리적으로 실제 펴야 하는 경우에도 방법이 많이 발전했어요. 습도와 온도를 정밀하게 조절한 챔버 안에서 아주 천천히 수분을 가해 금속의 유연성을 되살린 뒤 마이크로 단위로 조금씩 펴는 방식이 있고, 레이저로 산화층만 선택적으로 제거해서 원래 구리의 유연함을 부분적으로 되찾게 하는 기술도 연구되고 있어요.다만 구리 두루마리의 경우 이미 1955년에 절단된 상태라 지금 와서 다시 펴는 문제보다는 잘려진 조각들의 표면을 더 정밀하게 스캔해서 당시 놓쳤을 수 있는 글자를 추가로 판독하는 쪽으로 연구가 이어지고 있어요. 그때 자르지 않았더라면 지금 기술로 온전히 읽어낼 수 있었을 텐데, 70년의 시차가 좀 아쉬운 사례랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.구리 방열판과 서멀패드(구리스 스티커)는 역할이 다른 거라 둘 중 하나만 고르는 게 아니라 함께 쓰는 게 가장 좋아요.구리 방열판은 열을 빠르게 빨아들여서 넓은 면적으로 퍼뜨린 뒤 공기 중으로 날려보내는 역할이에요. 금속 중에서 열전도율이 최상급이라 열을 품고 있지 않고 빠르게 분산시키는 데 탁월하거든요. 다만 아무리 매끄럽게 만들어도 외장하드 표면과 구리판 사이에는 눈에 안 보이는 미세한 공기층이 생겨요. 공기는 열전도율이 금속의 수천 분의 일 수준이라 이 틈이 열이 전달되는 길을 막아버리거든요.서멀패드나 서멀 구리스는 바로 이 틈을 메워주는 거예요. 말랑한 재질이 눌리면서 울퉁불퉁한 표면 사이를 빈틈없이 채워주니까 외장하드에서 구리판으로 열이 끊김 없이 전달돼요. 다만 서멀패드만 붙이고 방열판 없이 쓰면 열을 받아줄 덩어리가 없어서 효과가 크게 떨어져요.외장하드에 쓰실 거라면 하드 표면에 서멀패드를 붙이고 그 위에 구리 방열판을 올리는 조합이 가장 효과적이에요. 서멀패드가 접촉면의 공기를 밀어내고, 구리판이 열을 넓게 퍼뜨려 식혀주는 구조가 되거든요. 둘 중 하나만 써야 하는 상황이라면 구리 방열판 쪽이 낫긴 한데, 접촉면이 들뜨지 않게 고무밴드나 테이프로 밀착시켜주시는 게 중요해요. 밀착이 안 되면 아무리 좋은 구리판이라도 공기층 때문에 제 성능을 못 내거든요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.도체에서 전류가 흐른다는 건 자유 전자들이 금속 내부를 이동하는 거예요. 그런데 이 전자들이 쭉 직진하는 게 아니라 금속 원자들에 부딪히면서 방해를 받거든요. 이 방해의 정도가 바로 저항이에요. 온도가 올라가면 금속 원자들이 제자리에서 더 세게 진동하기 시작하는데, 진동 폭이 커지면 전자가 부딪힐 확률이 높아져요. 좁은 복도에서 사람들이 가만히 서 있으면 지나가기 쉽지만, 모두가 팔을 흔들며 움직이면 통과하기 어려워지는 것과 비슷한 원리예요. 그래서 일반적인 금속 도체는 온도가 오르면 저항이 올라가요.반도체는 정반대 방향으로 움직여요. 반도체는 상온에서 자유 전자의 수 자체가 적은 물질인데, 온도가 올라가면 열에너지를 받은 전자들이 속박에서 풀려나 자유롭게 움직일 수 있게 돼요. 원자 진동이 늘어 방해는 좀 더 받지만, 전류를 나를 수 있는 전자 수가 훨씬 빠르게 증가하니까 전체적으로는 저항이 내려가는 거예요. 온도 센서로 쓰이는 서미스터가 이 성질을 이용한 대표적인 부품이에요.물질마다 이런 차이가 나는 건 전자가 얼마나 자유로운 상태에 있느냐에 달려 있어요. 금속은 이미 자유 전자가 넘쳐나니까 온도가 올라도 전자 수는 거의 변하지 않고 방해만 늘어나서 저항이 오르고, 반도체는 전자가 부족한 상태에서 출발하니까 온도가 올라야 비로소 전류를 나를 인력이 확보되는 거예요.극단적인 경우로 가면 초전도체처럼 임계온도 아래에서 저항이 완전히 사라지는 현상도 있어요. 이건 전자들이 쌍을 이뤄 원자 진동의 방해를 아예 받지 않는 특별한 양자 상태에 들어가기 때문인데, 온도와 저항의 관계가 물질의 내부 구조에 따라 얼마나 다양하게 나타날 수 있는지를 보여주는 사례랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.물티슈가 줄줄이 딸려 나오는 건 접는 방식 때문이에요. 대부분의 물티슈는 팝업 방식이라고 해서 한 장의 끝부분이 다음 장의 시작 부분 위에 겹쳐져 있어요. 첫 장을 당기면 그 끝이 다음 장을 물고 올라오면서 연속으로 뽑히는 구조거든요. 이게 의도된 설계예요. 젖은 손으로도 다음 장이 입구에 미리 나와 있어야 바로 잡을 수 있으니까요.문제는 이 겹침 면적과 수분량의 균형이에요. 겹치는 부분이 넓으면 다음 장이 확실히 올라오지만 딸려 나오는 힘도 세지고, 좁으면 한 장씩 잘 끊기는 대신 다음 장이 안에 빠져버려 꺼내기가 어려워져요. 수분도 영향이 커서 물기가 많으면 시트끼리 표면장력으로 달라붙어 분리가 안 되거든요. 잘 끊기는 브랜드는 이 겹침 폭을 줄이고 시트 표면에 미세한 엠보싱 처리를 해서 장 사이에 공기층을 만들어놓은 거예요. 덕분에 끌려 나오는 마찰이 줄어서 한 장씩 분리가 잘 되는 거랍니다.완전히 안 딸려 나오게 만들 수도 있긴 한데 그러면 다음 장이 입구까지 올라오지 않아서 매번 뚜껑을 열고 손가락으로 집어 꺼내야 해요. 편의성과 낭비 사이의 트레이드오프라 제조사마다 이 균형점을 다르게 잡는 거예요. 한 장씩 잘 나오는 제품을 고르고 싶으시면 엠보싱이 있는 두꺼운 시트 제품을 고르시고, 뽑을 때 위로 천천히 당기지 말고 옆으로 살짝 꺾듯이 당기면 다음 장과의 접촉면이 빨리 떨어져서 딸려 나오는 게 훨씬 줄어든답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.앤빌은 원래 대장장이가 쓰는 모루를 가리키는 영어 단어예요. 대장간에서 달궈진 쇠를 올려놓고 망치로 두드려 모양을 잡는 크고 묵직한 금속 덩어리가 바로 모루인데, 영어로 이걸 앤빌이라고 부르거든요.스테이플러에서 이 이름을 빌려 쓴 건 역할이 비슷하기 때문이에요. 대장간 모루 위에서 망치가 쇠를 내리치면 금속이 구부러지잖아요. 스테이플러도 마찬가지로 위쪽에서 침이 내려오면 아래쪽 금속판이 그 힘을 받아내면서 침 다리를 안쪽으로 접어주는 역할을 해요. 위에서 내리치는 힘을 단단히 받쳐주는 평평한 금속이라는 점에서 모루와 본질적으로 같은 기능을 하니까 같은 이름이 붙은 거예요.이런 식으로 어딘가를 받쳐서 힘을 전달하거나 모양을 잡아주는 금속 부품에는 분야를 가리지 않고 앤빌이라는 이름이 쓰여요. 총기의 격발 장치에도, 피아노 건반 안쪽 해머 구조에도 앤빌이라 불리는 부품이 있거든요. 대장간에서 시작된 이름이 기능이 닮은 모든 부품에 퍼져나간 셈이랍니다 :)