답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다. 에너지와 운동량의 결정적인 차이는 변신할 수 있는 형태가 있느냐예요. 에너지는 운동에너지 말고도 열, 소리, 빛 등 갈아탈 수 있는 형태가 많아요. 충돌할 때 사라진 것처럼 보이는 에너지는 없어진 게 아니라 분자들의 무질서한 떨림, 그러니까 열로 모습을 바꾼 거죠. 그런데 운동량은 갈아탈 다른 형태가 없어요. 질량 곱하기 속도라는 한 가지 모습뿐이라 숨을 곳이 없는 셈이에요.

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.세라믹은 단단하고 열에 강하지만 유리처럼 깨지기 쉽다는 약점을 가지고 있어요. 금속은 힘을 받으면 휘어지면서 버티는데 세라믹은 작은 균열 하나가 생기면 그대로 쭉 갈라지거든요. 그래서 최근 연구의 핵심은 강도보다 인성, 그러니까 깨지지 않고 버티는 능력을 키우는 쪽에 맞춰저 있습니다.

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.지금 잘 팔리는 제품도 몇 년 뒤엔 경쟁사가 따라잡거나 시장에서 밀려나기 마련이에요. 기업 입장에서 연구개발은 미래의 먹거리를 미리 심어두는 농사와 같아요. 당장 수확은 없어도 씨를 뿌려두지 않으면 몇 년 뒤 팔 것이 없어지거든요.기대 효과는 크게 세 방향이에요. 신제품이나 신기술로 새로운 시장을 먼저 차지하는 것, 공정을 개선해 같은 물건을 더 싸게 만드는 것, 그리고 특허를 확보해 경쟁사가 쉽게 못 따라오게 진입장벽을 쌓는 거죠. 특히 특허는 일정 기간 독점 수익을 보장해주니 투자금을 몇 배로 회수할 수 있는 수단이 돼요.결국 연구개발비는 비용이라기보다 생존을 위한 보험에 가까워요. 스마트폰 시장에서 혁신을 멈춘 기업들이 순식간에 사라진 걸 보면 투자하지 않는 쪽의 위험이 훨씬 크답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.무거운 것을 위에서 누르면 아치는 그 힘을 곡선을 따라 양옆으로 흘려보내요. 수직으로 내리누르는 하중이 곡선을 타고 내려가면서 비스듬히 미는 힘으로 바뀌고 결국 다리 양 끝의 땅과 기둥이 받아내는 구조죠. 평평한 판이라면 가운데가 아래로 휘면서 판 아랫면이 늘어나는 힘을 견뎌야 하는데 돌은 잡아당기는 힘에 유난히 약해서 금방 쪼개져요. 반대로 눌리는 힘에는 엄청나게 강해요.아치는 바로 이 성질을 이용한 거예요. 곡선 위의 돌들이 서로를 밀면서 전부 압축만 받게 만들었으니 돌의 약점은 피하고 강점만 쓴 셈이죠. 로마인들이 콘크리트나 철근 없이도 2천 년을 버티는 다리를 지을 수 있었던 비결이에요. 아치 꼭대기에 쐐기돌을 끼우면 하중이 실릴수록 돌들이 더 단단히 맞물리니 무게가 오히려 구조를 조여주는 역할까지 한답니다 :)그리고 열기관이 일을 하려면 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 열이 흘러야 해요. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 떨어지며 물레방아를 돌리듯 열도 온도 차이가 있어야 그 흐름에서 일을 뽑아낼 수 있거든요. 문제는 낮은 쪽으로 흘러간 열이에요. 이미 차가운 쪽에 도착한 열은 더 떨어질 곳이 없으니 일로 바꿀 수 없고 그냥 버려지는 거죠. 자동차 배기가스나 발전소 냉각탑에서 나오는 김이 바로 이렇게 버려지는 열이에요.그럼 차가운 쪽 온도를 아예 없애면 되지 않을까 싶은데 그게 절대영도라서 현실에서는 도달이 불가능해요. 카르노 효율 식을 보면 효율은 두 온도의 차이가 클수록 높아지는데 차가운 쪽이 절대영도가 아닌 이상 100%는 나올 수 없게 되어 있죠. 결국 열의 일부를 버리는 건 기술이 부족해서가 아니라 자연의 규칙 자체예요. 아무리 정교한 엔진을 만들어도 이 한계만큼은 넘을 수 없답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.금속탐지기가 모래 속 금속을 찾는 원리는 눈에 안 보이는 전자기 신호를 주고받는 데 있어요. 그리고 짚으신 대로 온갖 금속이 섞인 모래에서 원하는 금속만 골라내는 기술도 함께 들어 있답니다.기본 원리부터 볼게요. 금속탐지기 끝의 둥근 판 안에는 코일이 감겨 있어요. 여기에 전류를 흘리면 그 주위로 눈에 보이지 않는 자기장이 만들어져요. 이 자기장이 모래 속으로 뻗어 나가는데, 아래에 금속이 있으면 그 금속 표면에 아주 약한 전류가 새로 생겨요. 자기장이 금속을 건드리면 금속도 덩달아 자기장을 만들어내는 거예요. 탐지기는 바로 이 금속이 되쏘는 신호를 감지해서 여기 금속이 있다고 알려줘요. 소리가 벽에 부딪혀 메아리로 돌아오는 것과 비슷해요. 신호를 쏘고 그 반응을 되받아 읽는 거죠.이제 짚으신 핵심, 온갖 금속 속에서 원하는 걸 골라내는 원리예요. 여기서 중요한 게 금속마다 되쏘는 신호의 성질이 다르다는 거예요. 철이냐 알루미늄이냐 금이냐에 따라 자기장에 반응하는 정도와 신호가 돌아오는 타이밍이 조금씩 달라요. 탐지기는 이 미세한 차이를 읽어서 지금 반응한 게 어떤 종류의 금속인지 구분해요. 그래서 좋은 탐지기는 화면에 철인지 동전인지 대략적인 종류를 표시하거나, 금속 종류에 따라 다른 소리를 내기도 해요.특히 해변에서 쓰는 탐지기에는 걸러내는 기능이 들어 있어요. 이걸 판별 기능이라고 하는데, 원하지 않는 금속의 신호는 무시하도록 설정할 수 있어요. 예를 들어 모래 속 병뚜껑이나 철 부스러기가 내는 신호는 걸러내고, 반지나 동전 같은 귀금속 신호에만 반응하게 맞추는 거예요. 쓸데없는 신호를 자동으로 빼주니까 원하는 것만 효율적으로 찾을 수 있는 거죠.해변에는 또 다른 골칫거리가 있어요. 바닷가 모래에는 소금기와 미네랄, 철분이 잔뜩 섞여 있어서 이것들이 신호를 어지럽혀요. 그래서 해변용 탐지기는 이런 배경 잡음을 무시하도록 조정하는 기능이 따로 있어요. 바탕에 깔린 소금기와 광물 신호를 기준선으로 잡아 지워버리고, 그 위로 튀어나오는 진짜 금속 신호만 잡아내는 거예요. 시끄러운 곳에서 특정 목소리에만 귀 기울이는 것과 비슷하답니다.정리하면 금속탐지기는 자기장을 쏘아 금속이 되쏘는 신호를 읽는 도구이고, 금속마다 신호가 다른 점을 이용해 원하는 금속을 골라내요. 해변에서는 소금기와 철분 잡음을 걸러내는 기능까지 더해져서, 잡다한 금속 속에서도 잃어버린 반지 하나를 찾아낼 수 있는 거랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.텐트 안에서 바깥 소리가 유독 크게 들리는 건 사실 소리 자체가 커진 게 아니라 우리가 그 소리를 더 잘 알아채게 되는 거예요. 몇 가지 원리가 함께 작동하는데 하나씩 풀어볼게요.가장 큰 이유는 주변이 조용해졌기 때문이에요. 밖에 있을 때는 사방이 트여 있어서 온갖 소리가 뒤섞여 들려와요. 바람 소리, 다른 사람들 소리, 멀리서 오는 잡음까지 다 깔려 있으니 특정 소리 하나가 묻혀버려요. 그런데 텐트 안에 들어가면 얇은 천이 이런 배경 소음을 어느 정도 걸러내서 안이 상대적으로 고요해져요. 조용한 공간에서는 작은 소리도 도드라지게 들리거든요. 도서관에서 종이 넘기는 소리가 유난히 크게 들리는 것과 같은 이치예요. 소리가 커진 게 아니라 비교 대상이 사라져서 더 선명하게 느껴지는 거예요.여기에 소리가 텐트 안에서 반사되는 것도 한몫해요. 밖에서 들어온 소리가 텐트 천 안쪽 면에 부딪혀 되울리면서 살짝 증폭돼요. 좁은 공간이라 소리가 빠져나가지 못하고 안에서 몇 번 튕기니까 더 크게 느껴지는 거예요. 목욕탕에서 목소리가 울리는 것과 비슷한 현상이에요.밤이라는 조건도 더해져요. 캠핑은 보통 밤에 텐트 안에 있게 되는데, 밤에는 원래 소리가 더 멀리 잘 퍼져요. 낮에는 땅이 데워져 공기가 위로 오르며 소리를 위로 흩어놓는데, 밤에는 반대로 지면이 식어서 소리가 땅 가까이 낮게 깔려 퍼지거든요. 그래서 멀리서 나는 소리도 밤에는 또렷하게 들려와요.마지막으로 텐트 안에서는 시야가 막혀 있다는 점도 영향을 줘요. 눈으로 바깥 상황을 볼 수 없으니 귀가 더 예민해져서 작은 소리 하나에도 신경이 곤두서게 돼요. 무슨 소리인지 확인하려고 저절로 귀를 기울이니 더 크게 인식되는 거죠.정리하면 텐트 안이 조용해서 소리가 도드라지고, 천 안에서 소리가 반사되어 울리고, 밤에는 소리가 잘 퍼지는 데다 시야까지 막혀 청각이 예민해지는 여러 요인이 겹친 결과예요. 소리가 실제로 커졌다기보다 크게 들릴 수밖에 없는 조건이 갖춰진 셈이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.정확하게 짚으셨어요. 물이 수증기로 변할 때 실제로 주변 온도가 내려가요. 그리고 수증기가 열을 가지고 올라간다는 말도 맞는 표현이랍니다.원리는 이래요. 액체인 물이 기체인 수증기로 변하려면 에너지가 필요해요. 물 분자들이 서로 붙잡고 있던 손을 놓고 자유롭게 날아오르려면 그만큼 힘을 써야 하거든요. 이 에너지를 물은 주변에서 열의 형태로 빼앗아 가요. 그러니까 증발하는 물은 곁에 있는 공기나 피부의 열을 흡수해서 날아가는 셈이에요. 열을 빼앗긴 주변은 당연히 온도가 내려가고요.가장 쉽게 느낄 수 있는 예가 우리 몸의 땀이에요. 더울 때 땀이 나는 건 이 원리를 이용한 거예요. 피부에 맺힌 땀이 증발하면서 피부의 열을 가지고 날아가니까 몸이 시원해지는 거죠. 목욕하고 나와서 물기가 마를 때 으슬으슬 추운 것도 같은 이유예요. 몸에 묻은 물이 증발하며 열을 빼앗아 가는 거랍니다. 마당에 물을 뿌리면 시원해지는 것, 알코올을 팔에 발랐을 때 유독 차갑게 느껴지는 것도 전부 같은 원리예요.그러니까 수증기가 열을 가지고 올라간다는 건 정확한 설명이에요. 물이 증발할 때 흡수한 열을 품은 채 위로 올라가는 거거든요. 이 열은 사라진 게 아니라 수증기 안에 저장돼 있다가, 나중에 수증기가 다시 물방울로 뭉칠 때 도로 방출돼요. 구름이 만들어질 때 열이 나오는 게 이 때문이에요.정리하면 액체가 기화하는 순간에는 주변의 열을 빼앗아 온도가 내려가는 냉각 효과가 생겨요. 증발이 곧 주변을 식히는 과정인 셈이라, 여름철 더위를 식히는 자연의 원리로도 쓰인답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.입체 기동 장치를 실제 물리 법칙으로 따져보면, 안타깝지만 인간의 몸은 그 동작들을 견디기 어려워요. 왜 그런지 몸이 받는 힘을 하나씩 짚어드릴게요.가장 큰 문제는 급격한 방향 전환에서 오는 관성이에요. 공중에서 와이어에 매달려 빠르게 날다가 갑자기 방향을 꺾으면, 몸은 원래 가던 방향으로 계속 가려는 관성 때문에 엄청난 힘을 받아요. 이게 바로 우리가 앞에서 이야기한 g의 세계예요. 건물 사이를 시속 수십 킬로미터로 날다가 순식간에 곡선을 그리며 꺾으면, 몸에 걸리는 힘이 몇 g를 훌쩍 넘어서요. 전투기 조종사가 급선회할 때 5g에서 6g를 받고 특수 압박복 없이는 정신을 잃는데, 입체 기동의 날카로운 방향 전환은 그보다 더 심할 수 있어요. 압박복도 없이 이런 힘을 반복해 받으면 피가 쏠려 시야가 어두워지거나 기절하기 십상이에요.몸을 지탱하는 부위도 문제예요. 입체 기동 장치는 허리에 찬 벨트로 온몸을 매달아요. 그러면 급가속과 방향 전환의 충격이 전부 허리 한 곳에 집중돼요. 수십 킬로그램의 몸이 순간적으로 몇 배 무게로 느껴지는 힘을 좁은 허리띠로 받아내면, 골반뼈나 척추가 버티지 못하고 부러지거나 장기가 눌려 손상될 위험이 커요. 안전벨트가 사고 때 몸을 붙잡아주긴 해도 그 부위에 멍이 드는 것처럼, 훨씬 강한 힘이 허리에 계속 실리면 견디기 어려운 거예요.갑자기 멈출 때의 충격도 치명적이에요. 빠르게 날아가다 벽이나 목표 지점에서 급정지하면, 그 짧은 순간에 속도가 확 줄면서 어마어마한 힘이 실려요. 자동차가 급정거할 때 몸이 앞으로 쏠리는 것과 같은데, 속도가 빠를수록 이 충격은 배로 커져요. 뼈와 근육이 이 순간적인 힘을 흡수하지 못하면 부상으로 이어져요.목과 머리도 위험해요. 몸이 급격히 꺾일 때 무거운 머리는 관성으로 계속 움직이려 해서 목에 큰 무리가 가요. 자동차 추돌 사고 때 목이 채찍처럼 젖혀지며 다치는 것과 비슷한 일이 공중에서 방향을 틀 때마다 벌어지는 셈이에요.그래서 현실의 인간이 아무 보호 장치 없이 이런 기동을 한다면 몸이 성하기 어려워요. 다만 작품 속 인물들이 견디는 걸 굳이 설명해보자면, 그들이 오랜 훈련으로 남다른 근력과 균형 감각을 갖췄고, 몸이 충격을 흘려보내는 요령을 익혔다고 볼 수는 있어요. 실제로 전투기 조종사도 훈련과 특수 호흡법으로 견디는 g를 높이거든요. 그렇다 해도 현실 물리 법칙 그대로라면 인간의 한계를 훌쩍 넘어서는 동작인 건 분명하답니다.정리하면 입체 기동의 급가속과 날카로운 방향 전환, 급정지는 몇 g에 달하는 힘을 허리와 목, 온몸에 실어서 실제 인간이라면 뼈와 근육, 혈관이 버티기 힘들어요. 상상만으로도 짜릿한 장치이지만, 그 자유로운 움직임 뒤엔 인간의 몸이 감당하기 벅찬 물리가 숨어 있는 셈이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.우주에서는 밀어낼 바닥도 공기도 없어서, 탐사선은 지구와는 완전히 다른 방식으로 방향을 바꿔요. 크게 두 가지 원리를 나눠서 풀어드릴게요.먼저 이동 방향을 바꿀 때는 작용 반작용을 이용해요. 로켓이 앞으로 나아가는 원리와 똑같아요. 탐사선 곳곳에는 작은 분사구가 달려 있는데, 이걸 추력기라고 해요. 여기서 가스를 원하는 방향의 반대쪽으로 뿜어내면 그 반동으로 탐사선이 밀려가요. 오른쪽으로 방향을 틀고 싶으면 왼쪽으로 가스를 뿜는 식이에요. 우주에는 공기 저항이 없으니까 한 번 살짝 분사해서 방향을 잡으면 그 상태로 계속 나아가요. 그래서 연료를 아주 조금씩만 써도 되는 거예요.그런데 이동이 아니라 몸의 자세만 돌리고 싶을 때는 더 영리한 방법을 써요. 연료를 쓰지 않고 방향을 바꾸는 기술인데, 반작용 휠이라는 무거운 바퀴를 탐사선 안에 넣어두는 거예요. 원리가 재미있어요. 이 바퀴를 한쪽으로 빠르게 돌리면, 그 반작용으로 탐사선 몸체는 반대쪽으로 천천히 돌아가요. 회전의자에 앉아 팔을 한쪽으로 휘두르면 몸이 반대로 도는 것과 같은 이치예요. 안에서 무언가를 돌려 그 반발로 전체를 돌리는 거죠. 이 방법은 연료가 전혀 안 들어서, 별을 관측하려고 방향을 미세하게 조정할 때 아주 유용해요.방향을 제대로 바꾸려면 지금 내가 어디를 향하고 있는지부터 알아야겠죠. 그래서 탐사선은 별의 위치를 읽는 장치나 태양의 방향을 감지하는 센서로 자기 자세를 파악해요. 별자리를 지도 삼아 지금 어느 쪽을 보고 있는지 계산한 뒤, 추력기나 반작용 휠로 원하는 방향을 맞추는 거예요.정리하면 크게 움직여 경로를 바꿀 땐 가스를 뿜는 추력기를, 몸을 살살 돌려 자세를 잡을 땐 연료가 필요 없는 반작용 휠을 써요. 밀어낼 것 하나 없는 텅 빈 우주에서 안에서 뿜거나 안에서 돌리는 방식으로 방향을 잡는 셈이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.메모리폼이 몸을 포근하게 감싸는 비밀은 이 소재가 고체와 액체의 중간 같은 성질을 가진 데 있어요. 점탄성이라는 말이 바로 그 뜻인데, 끈적하게 흐르는 성질과 원래대로 돌아오려는 탄성을 함께 지녔다는 의미예요. 이 두 성질이 어떻게 작동하는지 풀어드릴게요.먼저 보통 스펀지와 뭐가 다른지 보면 이해가 빨라요. 일반 스펀지는 누르면 곧바로 쑥 들어갔다가 손을 떼면 즉시 원래대로 튀어올라요. 반응이 빠르고 즉각적이죠. 그런데 메모리폼은 누르면 천천히 서서히 가라앉고, 손을 떼도 곧바로 안 돌아오고 느긋하게 원래 모양을 되찾아요. 손자국이 잠깐 남았다가 서서히 사라지는 그 느낌이에요. 이 느린 반응이 점탄성의 핵심이에요. 탄성만 있으면 즉시 튀어오르고 점성만 있으면 아예 안 돌아오는데, 메모리폼은 그 중간이라 천천히 눌리고 천천히 복원되는 거예요.이게 왜 몸을 잘 감싸느냐면, 천천히 가라앉는 덕분에 몸의 굴곡을 그대로 본떠주기 때문이에요. 빠르게 튀어오르는 소재는 툭 튀어나온 부분만 받치고 들어간 부분은 못 받쳐요. 반면 메모리폼은 시간을 들여 서서히 눌리면서 어깨나 엉덩이처럼 튀어나온 곳부터 허리처럼 들어간 곳까지 몸의 모든 곡선에 빈틈없이 밀착해요. 그러면 몸무게가 특정 부위에 몰리지 않고 닿는 면 전체로 고르게 퍼져요. 압력이 넓게 분산되니까 한 곳만 배기지 않고 포근하게 받쳐지는 거예요. 오래 누워도 배기는 느낌이 덜한 게 이 때문이에요.내부의 미세한 기포 구조가 여기서 결정적인 역할을 해요. 메모리폼은 우레탄을 발포시켜 만드는데, 이 과정에서 안에 아주 작은 공기 방들이 촘촘하게 생겨요. 중요한 건 이 기포들이 서로 연결된 열린 구조라는 점이에요. 눌리면 그 부분의 기포에서 공기가 옆의 기포로 천천히 빠져나가면서 서서히 찌그러져요. 공기가 미세한 통로를 통해 이동하는 데 시간이 걸리니까 폼이 느리게 가라앉는 거예요. 손을 떼면 반대로 공기가 다시 서서히 채워지면서 천천히 복원되고요. 이 공기의 느린 이동이 점탄성의 물리적 실체인 셈이에요. 동시에 이 기포들이 충격을 받으면 공기가 빠져나가며 에너지를 흡수해서, 뒤척일 때 생기는 충격이나 진동도 부드럽게 잦아들게 해줘요. 옆 사람이 뒤척여도 그 흔들림이 잘 전달되지 않는 게 이 흡수 성질 덕분이에요.체온에 반응한다는 것도 흥미로운 특성이에요. 메모리폼은 온도에 민감해서 따뜻해지면 더 부드러워져요. 그래서 처음 누우면 약간 단단하다가 몸의 열이 닿은 부분이 서서히 말랑해지면서 그 자리만 더 깊이 감싸줘요. 몸이 닿는 곳은 체온으로 물러져 밀착되고, 안 닿는 곳은 상대적으로 단단하게 남아 지지력을 유지하는 거예요. 내 체형에 맞춰 맞춤형으로 변하는 셈이죠.물론 이 특성이 단점이 되기도 해요. 열에 반응해 물러지는 성질 때문에 여름엔 열이 갇혀 덥게 느껴질 수 있고, 반대로 추운 곳에서는 딱딱하게 굳어 처음엔 배기기도 해요. 또 천천히 복원되는 특성상 자세를 자주 바꾸는 사람에게는 반응이 굼뜨게 느껴질 수 있고요. 그래서 요즘은 통기성을 높이거나 온도 변화에 덜 민감하게 개량한 제품도 많이 나온답니다.정리하면 메모리폼은 끈적한 점성과 되돌아오는 탄성을 함께 지닌 점탄성 소재예요. 내부의 연결된 기포에서 공기가 천천히 드나들며 서서히 눌리고 복원되는데, 이 덕분에 몸의 굴곡을 그대로 감싸 압력을 고르게 분산하고 충격을 흡수하는 거예요. 느리게 반응한다는 그 하나의 특성이 포근함의 진짜 비결인 셈이랍니다 :)