답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.금속 내부는 원자들이 규칙적으로 쌓인 작은 결정 알갱이들이 모자이크처럼 붙어 있는 구조예요. 금속의 성질은 이 알갱이의 크기와 내부 결함 상태에 따라 결정되는데, 가공은 바로 이걸 바꾸는 작업이에요.두드리거나 늘리는 가공을 하면 결정안의 원자 배열이 어긋난 부분, 즉 전위라는 미세한 결함이 폭발적으로 늘어나요. 그런데 이 결함들이 서로 뒤엉키면서 오히려 원자층이 미끄러지기 어려워져요. 실이 엉키면 잘 안풀리는 것처럼요. 그래서 철사를 반복해서 구부리면 그 부분이 단단해지다가 결국 부러지는데, 이게 가공경화라는 현상이에요. 단단해진 대신 잘 깨지는 성질로 바뀐거죠.반대로 열을 가하면 원자들이 활발히 움직이면서 엉킨 결함이 풀리고 결정이 새로 자라나요. 뭉친 어깨를 찜질로 풀어주는 것과 비슷ㄱ해서, 단단했던 금속이 다시 무르고 잘 늘어나는 상태로 돌아와요. 대장장이가 칼을 두드리다 불에 넣기를 반복하는 게 바로 굳히기와 풀기를 오가며 조직을 다듬는 과정이에요. 또 결정 알갱이를 잘게 쪼갤수록 알갱이 경계가 많아져 변형이 전달되기 어려워지니 강하면서도 질긴 금속이 되구요.같은 금속이라도 결함을 쌓느냐 풀어주느냐, 알갱이를 키우느냐 쪼개느냐에 따라 전혀 다른 재료가 된다는게 포인트에요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.비행기 날개의 단면을 보면 윗면은 볼록하게 부풀어 있고, 아랫면은 비교적 평평한 유선형이에요.여기에 날개가 살작 위로 들린 각도로 공기를 가르며 나아가면, 날개 위아래로 공기 흐름이 갈라지면서 속도 차이가 생겨요. 볼록한 윗면을 타는 공기는 흐름이 눌리며 빨라지고, 아랫면 공기는 상대적으로 느리게 지나가죠.베르누이 원리에 따르면 공기는 빠르게 흐르는 곳일수록 압력이 낮아져요, 그래서 날개 윗면은 압력이 낮고 아랫면은 높은 상태가 되는데, 이 압력 차이가 날개를 아래에서 위로 밀어올리는 힘, 즉 양력이 되는 거예요. 빨대로 음료를 빨면 빨대 안 압력이 낮아져 음료가 밀려 올라 오는 것처럼 날개도 위아래 압력 차가 만든 힘으로 떠오르는 거죠. 수백 톤 여객기가 뜨는건 시속 300km 가까운 속도로 어마어마한 양의 공기를 아래로 밀어낸 결과예요. 날개 모양이 만든 압력차와 공기를 아래로 꺾는 반작용, 이 둘이 양력의 만들어내는 거죠 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.맞아요, 충돌 순간 에너지가 어디로 가느냐에요. 공이 바닥에 부딪히면 낙하하며 얻은 운동에너지가 공과 바닥이 찌그러지는 변형으로 잠시 저장돼요. 이 때 재질이 탄성이 좋으면 스프링처럼 원래 모양으로 되튀면서 저장한 에너지를 공에게 돌려주고, 그 힘으로 공이 다시 튀어오르는 거예요.그런데 바닥이 모래나 흙, 카펫처럼 무른 재질이면 이야기가 달라져요. 찌그러진 모양이 제대로 복원되지 않고, 에너지가 알갱이들 사이의 마찰과 미세한 진동, 즉 열과 소리로 흩어져버리거든요. 돌려받을 에너지가 없으니 공이 낮게 튀거나 아예 안 튀는 거죠. 같은 공이라도 대리석에는 잘 튀고 모래밭에서는 푹 박히는 이유예요. 트램펄린 위에서 높이 튀는 것도 천이 늘어났다 되돌아오며 에너지를 거의 그대로 반환해 주기 때문이구요.그러니까 에너지 총량은 어디서든 보존되는데, 튕겨 되돌려주느냐 열과 소리로 흘려버리느냐의 비율이 재질마다 다른거예요. 잘 튀는 바닥은 에너지를 되갚는 바닥이라는 것만 보시면 돼요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.두꺼울수록 단열 효과가 좋아지는 건 맞는데 무조건은 아니에요. 열이 벽을 통과하는 저항은 두께에 비례해서 커지지만, 효과가 늘어나는 폭은 점점 줄어들거든요. 5cm를 10cm로 늘리면 열손실이 확 줄지만 20cm를 25cm로 늘릴때의 이득은 미미해요. 그런데 비용과 실내 공간 손실은 그대로 늘어나니, 어느 지점부터는 돈만 쓰고 얻는게 없는 구간이 오는 거죠. 그래서 지역 기후에 맞춘 적정 두께 기준이 법으로 정해져 있어요.그리고 기포에 대해 정확히 짚으셨는데, 단열재의 진짜는 재료가 아니라 그 안에 갇힌 공기예요. 공기는 열을 전달하는 능력이 고체의 수십 분의 1 수준으로 낮은데, 문제는 공기가 자유롭게 움직이면 대류로 열이 실어 나른다는 거예요. 그래서 스티로폼이나 유리 섬유처럼 공기를 아주 작은 방 쪼개 가두면, 움직이지 못하는 공기가 열을 거의 못 옮기는 최고의 단열층이 되는거죠. 패딩이 따뜻한 것도 오리털 자체가 아니라 털 사이에 붙잡힌 공기 덕분이 커요. :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.출발점은 빛이 유리를 지날 때 꺾이는 굴절이에요. 빛은 공기에서 유리로 들어갈 때 속도가 느려지면서 진행 방향이 꺾이는데, 볼록 렌즈는 가운데가 두껍고 가장자리가 얇은 모양이라 어느 위치로 들어온 빛이든 안쪽으로 꺾이도록 설계돼 있어요. 그래서 렌즈 전체로 들어온 평행한 햇빛이 초점이라는 한 점을 향해 모이는 거예요.여기서 에너지 집중이 일어나게 돼요. 지름 10cm 렌즈라면 그 넓은 면적으로 쏟아지던 햇빛에너지가 지름 몇 mm짜리 점 하나에 몰리는 건데, 면적이 수천분의 1로 줄었으니 같은 자리에 쏟아지는 에너지 밀도는 수천 배가 되는 셈이에요. 돋보기가 빛을 만들어낸 게 아니라 넓게 퍼질 에너지를 좁은 곳에 몰아 넣은 것 뿐이죠. 강물이 좁은 계곡을 만나면 유속이 확 빨라지는 것과 비슷해요.검은 종이가 잘 타는 것도 이유가 있는데, 검은색은 빛을 반사하지 않고 대부분 흡수해서 열로 바꾸는 색이거든요. 흰 종이는 빛을 상당 부분 튕겨내니 같은 초점에서도 온도가 덜 올라가요. 흡수된 에너지가 한 점에 계속 쌓이면 온도가 종이의 발화점인 230도 부근을 넘어서면서 불이 붙는거죠.굴절이 빛의 길을 꺾고, 그 길들이 한 점에 모여 에너지 밀도를 폭증시키고, 검은 표면이 그걸 열로 바꿔 쌓는거죠 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.녹이 생기려면 철 혼자로는 안되고 반드시 산소와 물이 함께 있어야 해요. 녹은 철이 공기 중 산소, 수분과 만나 일으키는 화학반응의 결과물 이거든요. 셋 중 하나만 빠져도 반응이 일어나지 않아요.페인트나 기름이 하는 일이 바로 이 만남을 차단하는 게예요. 표면에 얇은 막을 만들어 산소와 물이 철에 닿지 못하게 막는 거죠. 철 자체가 강해진 게 아니라 반응 상대를 못 만나게 격리 시킨 것 뿐이에요. 음식에 랩을 씌워 공기를 막으면 잘 상하지 않는 것과 같은 원리예요. 기름은 특히 물과 섞이지 않는 성질이라 수분을 밀어내는 효과까지 있고요.그래서 페인트가 벗겨지거나 긁힌 자리부터 녹이 시작되는 거예요. 그 틈으로 산소와 물이 다시 철을 만나거든요. 녹 방지는 철을 바꾸는 게 아니라 산소와 물의 접근을 막아야 되는점이 중요해요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.소금호수의 리튬은 수백만년에 걸친 자연 농축의 결과예요. 리튬은 원래 화산암 속에 옅게 흩어져 있는데, 빗물과 지하수가 오랜 세월 암석을 씻어내리면서 리튬을 조금씩 녹여 낮은 분지로 운반해요. 문제는 이 물이 빠져나갈 출구가 있느냐 인데, 남미 안데스 고원의 분지들은 사방이 막힌 지형이라 물이 고이기만 하고 흘러나가지 못하거든요.여기에 기후가 결정타인데, 볼리비아, 칠레, 아르헨티나가 만나는 이 지역은 세계에서 손꼽히게 건조하고 일사량이 강한 곳이라 고인 물이 계속 증발해요. 물은 날아가고 리튬은 남으니 수백만년 반복되면 농도가 바닷물의 수백 배 까지 진해진 소금물 호수가 되는 거예요. 국을 계속 졸이면 간이 진해지는 것과 같은 원리죠.그래서 조건이 딱 맞아야 해요. 리튬을 공급할 화산지대, 물이 못 빠져나가는 막힌 분지, 증발이 왕성한 건조 기후 세 가지가 겹치는 곳이 드물어서 남미 삼각지대에 매장량이 몰린 거예요. 광석에서 캐는 호주 방식도 있지만, 소금 호수는 물을 퍼올려 햇볕에 말리기만 하면 되니 생산 비용이 훨씬 싸다는 장점도 있구요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.각운동량 보존 법칙은 회전하는 물체가 회전축의 방향을 유지하려고 한다는거에요. 각운동량은 회전의 세기와 방향을 함께 담은 양인데, 외부에서 비틀지 않는 한 크기도 방향도 그대로 보존되거든요. 빠르게 도는 팽이는 큰 각운동량을 가지고 있어서 축이 기울어지는데 강하게 저항하는 거에요.멈춘 팽이는 조금만 기울어도 중력이 그대로 넘어 뜨리죠. 그런데 도는 팽이는 중력이 넘어 뜨리려 해도 그힘이 축을 눕히는 대신 축 자체를 빙 돌리는 세차운동으로 바뀌어요. 넘어지는 데 쓰일 힘이 축이 원을 그리며 도는 운동으로 방향을 틀어버리는 셈이라, 팽이는 비틀거리면서도 쓰러지지 않고 버티는 거에요. 회전이 느려져 각운동량이 줄면 그제야 중력이 이기면서 쓰러지구요.회전은 방향을 지키려는 관성이고, 그 관성이 클수록 쓰러뜨리기 어렵다는게 각운동량 보존의 포인트에요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.도금의 본질을 보면 좀 더 뚜렷한데, 도금은 물건 표면에 완전히 다른 금속의 얅은 옷을 입히는 기술이거든요. 물체의 성질 중 상당수는 속이 아니라 표면이 결정해요. 닳는 것도 표면, 전기가 접촉하는 것도 표면, 반짝이는 것도 표면이죠. 그러니 표면만 갈아끼우면 몸통은 싸고 가공하기 쉬운 금속을 쓰면서 겉은 원하는 성질로 바꿀 수 있는 거예요.그래서 목적에 따라 입히는 금속이 달라져요. 단단함이 필요한 기계 부품에는 크롬을 입혀 마모를 버티게 하고, 전기가 잘 통해야 하는 커넥터 접점에는 금을 얇게 입혀요. 금은 전도성이 좋으면서 녹슬지 않아 접촉 저항이 오래 유지 되거든요. 납떔이 잘 붙에 갛려고 주석을 입히기도 하고, 수도꼭지처럼 광택이 중요한 곳엔 니켈과 크롬을 겹으로 올리죠. :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.흰색 빛이 유리한 첫 번째 이유는 색 구분 능력이에요. 흰빛은 모든 색의 빛이 섞여 있어서 표지판, 차선, 보행자 옷 색이 원래 색 대로 보여요. 노란 빛 아래서는 세상이 전부 누렇게 물들어 물체와 배경의 색 차이가 줄어드는데, 흰 빛은 이 대비를 살려줘서 같은 밝기라도 사물이 또렷하게 구분되는 거예요.거리 인식도 관련이 있어요. 사람 눈은 대비가 선명할 수록 물체의 윤곽과 거리감을 정확히 잡아내거든요. 흰빛은 낮의 태양광과 색 구성이 비슷해서 눈이 평소 쓰던 방식 그대로 판단할 수 있고, 덕분에 야간에도 원근 감각의 왜곡이 적어요.그럼 노란빛은 왜 오래 쓰엿을까요. 파란빛일수록 공기중 안개나 물방울에 잘 산란돼 흩어지기 때문에, 산란이 덜한 노란빛이 악천후에 유리하다는 논리 였어요. 실제로 안개등은 지금도 노란계열을 쓰죠. 다만 일반 주행조건에서는 산란 손실보다 색 대비의 이득이 훨씬 크다는 게 연구로 확인 됐고, 백색 LED가 적은 전력으로 강한 빛을 내면서 흰색이 표준이 된 거예요 :)