인공관절에는 왜 특정 금속과 재료만 사용하나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.몸속은 소금물이 섞인 액체가 37도로 늘 흐르는 환경이라, 여기서 녹슬지 않고 몸이 거부하지도 않는 재료만 살아남아요.일반 철은 체액에 닿으면 부식되면서 금속 이온을 뿜어내는데, 이게 주변 조직을 망가뜨리고 염증을 일으켜요. 티타늄이 선택받는 이유는 표면에 얇고 치밀한 산화막이 저절로 생겨 스스로를 보호하기 때문이에요. 상처 딱지처럼 긁혀도 곧바로 다시 덮히니, 몸속에서 수십년을 버티죠.무게가 가볍고 뼈와 탄성이 비슷한 점도 크구요. 너무 딱딱한 금속을 넣으면 힘을 혼자 다 받아버려서 주변 뼈가 할 일을 잃고 오히려 약해지거든요. :)
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나노 크기가 되면 재료의 성질이 왜 완전히 달라지나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.크기가 작아지면 성질이 달라지는 핵심은 표면의 비중이 폭발적으로 커지기 때문이에요.덩어리 상태에서는 원자 대부분이 안쪽에 갇혀있는데, 잘게 쪼갤수록 표면에 노출된 원자 비율이 급격하게 늘어나기 시작해요. 표면 원자는 결합할 짝이 부족해 불안정하고 반응성이 높거든요. 그래서 덩어리 일대는 반응하지 않던 금이 나노 크기가 되면 훌륭한 촉매로 변해요.색이 달라지는 건 또 다른 이유인데, 입자가 빛의 파장과 비슷할 만큼 작아지면, 입자 속 전자들이 특정 색의 빛에 공명하며 흡수해요. 이 크기에 따라 흡수하는 색이 달라져서, 같은 금인데 붉게도 푸르게도 보이게 되는거에요 :)
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스테인리스와 알루미늄은 왜 쓰임새가 다를까요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.두 금속은 무게와 강도에서 정 반대 성격을 가져요.스테인리스는 철에 크롬을 섞은 합금이라 무겁고 단단해요. 표면에 크롬 산화막이 생겨 녹슬지 않고, 열과 흠집에도 강하죠. 그래서 오래 쓰고 튼튼해야 하는 냄비, 싱크대, 수저 등에 쓰여요.알루미늄은 스테인리스의 1/3 수준으로 가볍고 열이 아주 빠르게 전달돼요. 대신 무르고 흠집이 잘 나요. 그래서 가벼움이 중요한 항공기 부품, 창틀, 음료 캔 등에 쓰이죠. :)
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기타줄에 생기는 정상파는 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.정상파는 서로 반대 방향으로 달리는 두 파동이 만나 겹쳐질 떄 생겨요. 기타줄을 튕기면 진동이 줄을 따라 양쪽 끝으로 퍼져나가게 되는데, 줄 끝은 단단히 고정돼 있으니 파동이 빠져나가지 못하고 되돌아오게되죠. 그러면 오른쪽으로 가는 파동과 왼족으로 돌아오는 파동이 줄 위에서 계속 마주치게 돼요. 이 두 파동이 겹치면서 정상파가 만들어지는 거예요.여기서 마디와 배가 생기는 이유가 나오는데, 두 파동이 만날 때 어떤 지점에서는 한쪽의 마루와 다른쪽의 골이 항상 딱 마주치게돼요. 서로 상쇄되니까 그자리는 아예 움직이지 않게 되는거죠. 이게 마디예요. 반대로 어떤 지점에서는 마루끼리, 골끼리 계속 겹쳐요. 서로 보강되니까 그 자리는 크게 출렁이죠. 이게 배랍니다 :)파동은 분명 계속 움직이는데, 마디와 배의 위치는 항상 같은 자리에 고정돼요. 그래서 파동이 흐르지 않고 제자리에서 진동하는 것처럼 보이는 거예요.
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볼록렌즈로 보면 왜 물체가 크게 보이나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.볼록렌즈로 물체가 크게 보여주는건 빛을 꺾어 우리 눈을 속이는 데 있어요.먼저 빛은 공기에서 유리로 들어갈 떄 속도가 달라지면서 방향이 꺾이게 되는데, 이걸 굴절이라고 해요. 볼록렌즈는 가운데가 두껍고 가장자리가 얇은 모양이라, 렌즈를 통과한 빛들이 안쪽으로 모이도록 꺾여요.여기서.! 물체를 렌즈 아주 가까이, 그러니까 초점보다 안족에 두면 빛이 한 점에 모이지 못하고 퍼지면서 눈에 들어오게 되는데, 우리 뇌는 빛이 늘 곧게 들어온다고 믿거든요 ㅋㅋ; 그래서 퍼져 들어온 빛을 뒤로 쭉 연장해서 그자리에 물체가 있다고 판단하게 돼요. 그 결과가 실제 보다 더 멀고 더 큰 물체가 있는것 처럼 보이는 거예요. 이렇게 만들어진 상을 허상이라고 불러요 :)
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세라믹은 왜 단단한데도 잘 깨지나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.단단함은 흠집이 잘 안나는 성질이고, 잘 안깨지는 건 충격을 받아 넘기는 성질이라 아예 다른 능력이에요. 세라믹은 앞의 것만 갖췄어요.원자끼리 손을 잡은 방식인데, 금속은 원자들이 느슨하게 얽혀 있어서 힘을 받으면 서로 자리를 바꾸며 슬쩍 미끄러지게 돼요. 이렇게 찌그러지면서 충격을 흡수 하니 웬만해선 안꺠지죠.반면 세라믹은 원자들이 정해진 자리에서 아주 강하게 붙들려 있어 미끄러질 여지가 없어요. 그 결합이 강한 덕에 단단하지만, 힘을 받아도 빠져나갈 길이 없으니 한계를 넘는 순간 결합이 끊기며 그대로 쪼개지는거죠 :)
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물이 끓을 때 온도가 왜 100도에서 더 이상 안 올라가나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.계속 넣어주는 열이 온도를 올리는데 안쓰이고, 다른곳에 쓰이기 때문인데, 물을 수증기로 바꾸는데 통채로 쓰이기 때문이에요.물 분자들은 서로 손을 잡고 붙어 있는데, 액체를 기체로 만들려면 그 손을 모두 떼어 놓아야 해요. 이 결합을 끊는데 상당한 에너지가 들어가요. 100도에 도달한 뒤 들어오는 열은 분자를 더 빨리 움직이게 하는 대신 이 손을 떼는 일에 전부 투입돼요. 이렇게 온도 변화 없이 상태를 바꾸는데 쓰이는 열을 숨은열이라고 불러요 :)
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원운동하는 물체에는 왜 항상 중심 방향으로 힘이 작용하나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.몸이 바깥으로 밀리는 느낌은 실제 힘이 아니라, 직진하려는 관성을 몸이 착각한거에요.움직이는 물체는 아무 힘도 안받으면 곧게 나아가려 하거든요. 그런데 회전 기구는 계속 방향을 꺽어야 하니, 누군가 안쪽으로 잡아당겨줘야 하죠. 그 역할을 하는게 구심력이에요 +_+ 몸은 앞으로 곧장 가려는데 좌석이 안쪽으로 끌어당기니, 좌석에 등이 눌리며 마치 바깥으로 밀리는 것 처럼 느껴지는 거죠. 실제로는 밀려나는게 아니라 안쪽으로 붙들려 있는 상태에요 :)
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열역학 법칙이 실제 일상제품 설계에 어떻게 활용되는지 사례가 있을까요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.냉장고와 에어컨은 열역학 법칙을 그대로 기계로 옮겨놓은 물건이에요. 열을 애는게 아니라 다른 곳으로 퍼 나르는 장치죠.열은 저절로 차가운 쪽에서 뜨거운 쪽으로 흐르지 않아요. 그러니 냉장고 안의 열을 밖으로 빼내려면 반드시 전기라는 대가를 치러야 하죠. 압축기가 냉매를 짓눌러 뜨겁게 만든 뒤 뒷면 방열판에서 열을 뿜어내고, 반대로 냉매를 확 팽창시키면 차가워지는 성질을 이용해 안쪽 공기의 열을 빨아들여요.냉장고 뒷면이 늘 따끈한 이유가 여기 있어요. 안에서 퍼낸 열이 그쪽으로 빠져나가는 거니까요 :)
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마찰이 없는 얼음판 위에서는 왜 힘을 줘도 계속 미끄러지나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.물체가 멈추는 건 힘이 떨어져서가 아니라 마찰이 브레이크처럼 속도를 갉아먹기 때문이에요.우리는 굴러가던 공이 저절로 멈추는 것들을 보며 움직이려면 계속 밀어야 한다고 착각하는데, 실제로 멈춘 이유는 바닥과의 마찰, 공기저항 같은 힘이 뒤에서 잡아 당겼기 때문이에요. 그 방해꾼을 모두 없애면 물체를 늦출 힘이 하나도 남지 않으니 처음 얻은 속도를 그대로 유지하면 나가요. 속도를 바꾸려면 반드시 힘이 필요한데, 그 힘이 없으니 변할 이유가 없는거죠
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