자동차나 가전제품에 센서가 많아지면서 고장 원인을 컴퓨터가 진단할 수 있게 되었는데, 센서가 측정한 수많은 데이터를 이용해 실제 고장 부위를 찾아내는 과정은 어떻게 이루어질까요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.진단의 출발점은 각 센서 값이 정상 범위 안에 있는지 확인하는 거예요. 제어기에는 모든 센서의 허용 범위와 서로 어떤 관계여야 하는지가 미리 입력돼 있어요. 엔진 회전수가 이 정도면 흡입 공기량은 이 범위여야 하고, 냉각수 온도가 이 정도면 시동 후 몇 분이 지났어야 한다는 식이에요. 값이 범위를 벗어나거나 센서끼리 앞뒤가 안 맞으면 그 시점의 데이터를 통째로 저장하고 고장 코드를 남겨요.여기서 핵심은 센서가 고장 난 건지 부품이 고장 난 건지 가르는 일이에요. 산소 센서가 이상한 값을 보내는 게 센서 자체 불량일 수도 있고, 실제로 연소가 잘못되고 있어서일 수도 있거든요. 그래서 제어기가 교차 검증을 해요. 같은 현상을 다른 센서가 어떻게 보고 있는지 대조하고, 일부러 조건을 바꿔보기도 해요. 연료량을 살짝 조절했을 때 센서 값이 예상대로 따라오면 센서는 정상이고 다른 곳에 문제가 있다고 판단하는 식이에요. 사람이 하는 문진과 비슷한 절차를 자동으로 돌리는 거예요.요즘은 여기에 시간축 분석이 더해져요. 값 하나가 범위를 벗어나는지만 보는 게 아니라, 몇 달에 걸친 변화 추세를 봐요. 배터리 전압이 시동 때마다 조금씩 낮아지는 기울기, 연료 보정값이 서서히 커지는 흐름 같은 걸 읽어 고장 나기 전에 예고해요. 세탁기가 모터 전류 파형으로 베어링 마모를 잡아내고, 에어컨이 압력과 온도 관계로 냉매 부족을 알아내는 것도 같은 방식이에요.다만 진단기가 알려주는 건 증상이 나타난 위치지 원인 자체는 아니에요. 코드는 특정 센서를 가리키는데 실제 범인은 그 앞단 배선이나 커넥터 접촉 불량인 경우가 흔해요. 그래서 정비 현장에서는 코드를 참고해 범위를 좁힌 뒤 실측으로 확인하는 순서를 밟아요 :)
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GPS는 왜 상대성이론의 시간보정 없이는 정확하게 작동할 수 없나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.GPS는 위성 시계와 수신기 사이의 시간 차이로 거리를 재는 장치예요. 전파가 오는 데 걸린 시간에 빛의 속도를 곱하면 거리가 나오는데, 빛이 1초에 30만km를 가니 시계가 1000분의 1초만 틀려도 거리는 300km가 어긋나요. 이 민감함이 상대성이론 보정이 필요한 이유예요.위성에는 두 가지 효과가 반대 방향으로 작용해요. 특수상대성이론 쪽으로는 위성이 초속 4km 가까이 빠르게 움직이니 시계가 하루에 약 7마이크로초 느려져요. 일반상대성이론 쪽으로는 고도 2만km에서 중력이 약해 시계가 하루에 약 45마이크로초 빨라져요. 둘을 합치면 위성 시계가 지상보다 하루에 38마이크로초 빠르게 가요.보정하지 않으면 이 차이가 거리 오차로 쌓여요. 38마이크로초에 빛의 속도를 곱하면 약 11km예요. 하루 만에 내 위치가 11km 어긋나고, 이틀이면 22km가 되는 식으로 계속 누적돼요. 내비게이션은 몇 시간 만에 쓸모없어지고요.그래서 실제로 두 가지를 해요. 위성을 쏘아 올리기 전에 시계 주파수를 미리 조금 낮춰 설정해둬요. 궤도에 올라가 빨라지면 지상 시계와 맞아떨어지도록 계산한 값이에요. 여기에 궤도가 완전한 원이 아니라 고도와 속도가 계속 변하니, 그때그때 남는 오차를 수신기가 계산해 보정해요. 상대성이론이 이론에 머무르지 않고 매일 수십억 대의 기기에서 작동하고 있는 셈이에요 :)
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집안에서 어디선가 암내 같은 냄새가 나
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.가능성이 있어요. 플라스틱 자체는 무취인데, 만들 때 넣는 첨가제가 시간이 지나면서 빠져나오며 냄새를 내요. 특히 PVC 계열에 들어가는 가소제나 산화방지제가 열과 자외선을 받아 분해되면 시큼하거나 쉰내 비슷한 냄새가 나요. 값싼 재생 플라스틱일수록 심하고, 서랍처럼 닫힌 공간이면 그 안에 냄새가 축적됐다가 열 때마다 확 퍼져요.그런데 말씀하신 특징을 보면 다른 쪽도 함께 의심해보시는 게 좋아요. 암내 비슷한 시큼한 냄새는 세균이 만드는 경우가 훨씬 흔하거든요. 사람 겨드랑이 냄새 자체가 세균이 땀 성분을 분해하며 내는 물질인데, 같은 계열 냄새가 집 안에서 나는 자리가 몇 군데 있어요. 주방 싱크대 주변이면 배수구 트랩, 싱크대 하부장 안쪽, 개수대 거름망, 행주와 수세미, 음식물 쓰레기통 뚜껑 안쪽이 대표적이에요. 특히 싱크대 밑 배관 연결부에 물이 새어 젖은 합판에 곰팡이와 세균이 자라면 이런 냄새가 나고, 겉으로는 잘 안 보여요.확인해보시는 순서는 이래요. 싱크대 하부장 문을 열고 안쪽 벽면과 배관 주변을 손으로 만져 축축하거나 부풀어 있는지 보세요. 냄새가 그 안에서 강해지면 누수예요. 배수구는 트랩을 분리해 안쪽을 닦고 뜨거운 물을 부어보시고요. 그런데도 냄새가 남고 특정 플라스틱 물건 근처에서만 난다면 그 물건을 며칠 베란다에 내놓고 냄새가 사라지는지 보세요. 사라지면 범인이 확정돼요.플라스틱 냄새라면 처리는 간단해요. 통풍 좋은 곳에 며칠 두면 상당 부분 빠지고, 베이킹소다나 숯을 서랍 안에 넣어두면 흡착돼요. 그래도 계속 나면 첨가제가 계속 빠져나오는 상태라 교체하시는 게 나아요 :)
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같은 종이를 사용해도 연필의 종류에 따라 글씨가 번지는 속도가 다른 이유는 무엇일까요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.연필이 번지는 건 흑연이 종이에 화학적으로 붙은 게 아니라 얹혀 있기 때문이에요. 잉크는 섬유에 스며들어 고정되지만 흑연은 층 구조라 서로 미끄러지기 쉬운 상태로 표면 요철에 걸쳐 있어요. 손이나 다른 종이가 스치면 그 입자들이 떨어져 옆으로 옮겨가는데, 이게 번짐이에요.연필 종류에 따라 속도가 다른 건 심의 배합 차이예요. 흑연 비율이 높은 B 계열은 심이 물러서 한 번 그을 때 벗겨지는 흑연 양이 많고 입자도 굵어요. 종이 요철 위로 두껍게 쌓이니 그만큼 쉽게 밀려나요. 반대로 점토 비율이 높은 H 계열은 벗겨지는 양 자체가 적고, 심이 단단해 같은 힘으로 그어도 입자가 종이 골짜기 안쪽까지 눌려 박혀요. 걸쳐 있는 게 아니라 끼어 있는 상태라 잘 안 번지는 거예요. 필압도 같은 방향으로 작용해서, 세게 누르면 흑연이 섬유 사이로 파고들어 번짐이 줄지만 대신 종이가 눌려 지우개로 지워도 자국이 남아요.종이 쪽 변수도 큽니다. 표면이 매끄러운 코팅지는 흑연이 걸릴 요철이 없어 얹혀만 있으니 잘 번지고, 적당한 거칠기가 있는 종이가 입자를 붙잡아줘요. 반대로 너무 거칠면 흑연이 많이 벗겨져 총량이 늘어나 오히려 번지고요. 사이징 처리 정도와 섬유 밀도도 여기에 영향을 줘요.그래서 필기용지 품질 기준을 새로 잡는다면 항목이 몇 가지 나와요. 표면 거칠기를 수치로 재고, 동일한 필압과 연필 경도로 선을 그은 뒤 일정 하중으로 문질러 옮겨간 흑연 농도를 측광으로 측정하는 방식이에요. 여기에 지우개로 지웠을 때 잔상이 얼마나 남는지와 흑연 고착량을 함께 보면 번짐과 지워짐을 동시에 평가할 수 있어요. 지금 제지 규격이 평량과 백색도, 불투명도 위주라 필기감은 주관 평가에 맡겨져 있는데, 이런 항목들이 더해지면 용도별 종이 설계가 훨씬 정밀해질 거예요 :)
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dji 드론 활성화 방법 제품마다 다를까요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.DJI는 추천드려요. 완성도와 안정성에서 가장 앞서 있고 수리와 부품 수급도 국내에서 가장 편해요. Neo는 135g짜리 초경량 모델이라 초등학생 고학년이 다루기에 적당하고, 프로펠러 가드가 기본으로 감싸져 있어 손가락 부상 위험도 적어요.활성화 방법은 제품마다 큰 틀은 같아요. 스마트폰에 DJI Fly 앱을 설치하고 DJI 계정으로 로그인한 뒤, 드론과 조종기를 켜고 앱이 안내하는 순서대로 연결하면 돼요. Neo는 조종기 없이 스마트폰만으로도 활성화할 수 있고요. 인터넷 연결이 필요하고, 활성화 과정에서 펌웨어 업데이트가 함께 진행되니 배터리를 충분히 충전해두세요. 세부 화면은 모델마다 조금씩 다르지만 절차는 동일해요.법적인 부분을 정리해드릴게요. 무게가 250g 이하인 드론은 기체 신고 의무가 없고 조종 자격증도 필요 없어요. Neo는 135g이라 여기에 해당돼서 등록 절차 없이 바로 날릴 수 있어요. 다만 비행 장소 제한은 무게와 무관하게 똑같이 적용돼요. 서울은 대부분이 비행금지구역이나 관제권에 들어가요. 서울 도심 상공, 특히 청와대와 대통령실 주변, 김포공항과 인천공항 반경, 군사시설 주변은 아예 금지이고, 그 외 지역도 관제권이면 사전 승인이 필요해요.서울에서 합법적으로 날리려면 허가 없이 비행 가능한 드론 전용 공원을 이용하시는 게 현실적이에요. 광나루 한강드론공원과 신정교 드론공원이 대표적이에요. 다른 장소에서 날리려면 드론원스톱 민원서비스나 Ready to Fly 앱에서 비행 가능 구역인지 먼저 확인하시고, 필요하면 같은 사이트에서 비행 승인을 신청하시면 돼요. 야간 비행과 육안으로 안 보이는 거리 비행은 무게와 관계없이 별도 승인 대상이고요.아이와 함께 쓰실 거면 첫 비행은 드론공원에서 하시는 걸 권해요. 넓고 장애물이 없어서 조작 감각을 익히기 좋고, 다른 이용자들이 있어 요령도 배울 수 있어요 :)
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추시계는 왜 진자의 길이만으로 정확한 시간을 측정할 수 있나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.진자의 왕복 주기는 길이와 중력가속도로만 정해져요. 추의 무게나 흔드는 폭이 주기에 거의 영향을 주지 않아요. 이게 시계에 쓸 수 있는 이유예요. 무거운 추든 가벼운 추든, 크게 흔들든 작게 흔들든 한 번 왕복하는 데 걸리는 시간이 같으니까요.왜 그런지는 힘의 구조에서 나와요. 진자가 한쪽으로 기울면 중력 중 제자리로 되돌리는 방향의 성분이 작용하는데, 이 복원력이 추의 질량에 비례해요. 그런데 움직이기 어려운 정도인 관성도 질량에 비례하죠. 그래서 계산할 때 질량이 약분돼 사라져요. 무거운 추는 되돌리는 힘도 크지만 그만큼 무거워서 결국 같은 속도로 움직이는 거예요. 진폭이 작을 때는 복원력이 기울어진 각도에 거의 정비례해서, 크게 벗어나면 되돌리는 힘도 그만큼 커져 시간이 맞춰져요.남는 건 길이와 중력뿐이에요. 주기는 길이의 제곱근에 비례해서, 길이가 네 배면 주기가 두 배가 돼요. 1초에 한 번씩 왕복하려면 약 25cm, 벽시계의 2초 진자는 약 1m예요. 괘종시계 아래에 추 위치를 조절하는 나사가 있는데, 그걸 올리고 내려 유효 길이를 미세하게 바꾸는 게 시간을 맞추는 작업이에요.한계도 분명해요. 진폭이 커지면 정비례 관계가 조금씩 어긋나 주기가 길어지고, 온도가 오르면 금속 막대가 늘어나 느려져요. 그래서 정밀 추시계는 팽창률이 다른 두 금속을 조합해 길이 변화를 상쇄하는 구조를 써요. 중력가속도도 위도와 고도에 따라 달라서, 같은 시계를 서울에서 적도로 옮기면 시간이 어긋나요. 반대로 이 성질을 이용해 진자의 주기를 재서 그 지역의 중력을 측정하기도 했고요 :)
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전자레인지의 회전판이 돌면서 음식을 데우는 이유가, 내부 마이크로파 파장의 고정된 사각지대로 인해 특정 부위만 뜨거워지는 국소 가열 현상을 방지하고 균일하게 데우기 위함인가요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.정확히 짚으셨어요. 전자레인지 안에서는 마이크로파가 금속 벽에 반사되며 서로 겹쳐요. 파동끼리 겹치면 보강되는 자리와 상쇄되는 자리가 생기는데, 이 위치가 공간에 고정돼요. 정상파라고 부르는 상태인데, 결과적으로 몇 센티미터 간격으로 뜨거운 지점과 미지근한 지점이 격자처럼 배치돼요. 음식을 가만히 두면 뜨거운 지점에 걸린 부분만 타고 나머지는 차가운 채로 남는 거예요.회전판은 음식을 그 얼룩 사이로 계속 옮겨 다니게 해서, 어느 한 부분만 열을 독차지하지 않게 만들어요. 다만 완벽하진 않아요. 회전은 원을 그리는 운동이라 중심에서 같은 거리에 있는 부분끼리는 비슷한 조건을 받고, 특히 접시 한가운데는 거의 안 움직여서 덜 데워지는 경우가 많아요. 도넛 모양으로 펼쳐놓으면 잘 데워진다는 요령이 여기서 나온 거예요.회전판 없는 제품도 있는데, 이건 다른 방식으로 같은 문제를 풀어요. 마이크로파를 뿌려주는 금속 날개를 천장에 달아 회전시키거나, 파장을 미세하게 흔들어 뜨거운 지점의 위치를 계속 바꾸는 인버터 기술을 써요. 음식 대신 파동을 움직이는 셈이죠.그래도 균일함에는 한계가 있어요. 마이크로파가 파고드는 깊이가 몇 센티미터라 두꺼운 음식은 속이 늦게 익거든요. 중간에 한 번 꺼내 저어주거나 뒤집어주는 게 회전판보다 확실한 해결책이에요 :)
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스쿠버 다이빙으로 깊은 수중으로 내려갈 때 수압이 증가하면 고막 안팎의 기압 차가 벌어지므로, 코를 잡고 숨을 불어넣어 압력을 같게 맞추는 이퀄라이징을 해주어야 하나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.맞아요, 필수예요. 고막 안쪽 중이는 공기가 든 닫힌 공간이라, 물속으로 내려가면 바깥 수압만 올라가고 안쪽 압력은 그대로예요. 수심 10m마다 1기압씩 늘어나니 조금만 내려가도 고막이 안쪽으로 눌려 통증이 오고, 무리하면 찢어질 수 있어요.중이는 유스타키오관이라는 가는 통로로 목구멍과 이어져 있어요. 평소에는 닫혀 있다가 침을 삼키거나 하품할 때 잠깐 열려요. 코를 막고 숨을 불어넣는 발살바 방법은 이 관을 억지로 열어 공기를 중이로 밀어 넣는 거예요. 안쪽 압력을 바깥과 맞춰주면 고막이 제자리로 돌아오고 통증이 사라져요.요령이 중요해요. 아프기 전에 미리, 그리고 자주 해야 해요. 수면에서부터 시작해 1~2m 내려갈 때마다 한 번씩 하는 게 기본이고, 이미 아파진 뒤에 하면 관이 눌려 잘 안 열려요. 세게 부는 것도 위험해서 내이 손상으로 이어질 수 있어요. 부드럽게 불되 안 되면 조금 올라갔다 다시 시도하시는 게 안전해요. 턱을 좌우로 움직이거나 침을 삼키는 방법을 섞어 쓰는 다이버도 많고요.감기에 걸렸거나 코가 막혔을 때는 다이빙을 미루셔야 해요. 유스타키오관이 부어 있으면 이퀄라이징이 안 되고, 억지로 내려가면 고막이나 부비동을 다쳐요. 올라올 때는 반대로 중이 공기가 팽창하며 저절로 빠져나가는 게 보통인데, 이때 잘 안 빠지는 역방향 막힘도 드물게 있으니 통증이 있으면 상승 속도를 늦추세요 :)
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전자제품의 회로기판에 작은 부품 하나가 고장났을 때 제품 전체가 작동하지 않을 수 있는 이유는 각각의 부품이 회로에서 특정한 역할을 담당하기 때문일까요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.맞아요, 그리고 한 가지가 더 있어요. 회로가 직렬로 이어진 사슬 구조라는 점이에요. 전기가 흐르는 경로에서 부품 하나가 끊어지면 그 뒤로는 아무것도 동작하지 않아요. 아무리 다른 부품이 멀쩡해도 전기가 도달하지 않으니까요. 특히 전원부에 있는 부품이 그래요. 수백 원짜리 콘덴서 하나가 말라 용량을 잃으면 그 뒤의 모든 회로에 전압이 안 들어가서 제품이 통째로 먹통이 돼요. 수리 현장에서 가장 흔한 고장이 이 전원부 콘덴서고요.역할이 나뉘어 있다는 점도 맞아요. 저항은 전류를 제한하고, 콘덴서는 전압을 안정시키고, 다이오드는 방향을 정하고, 칩은 판단을 해요. 그중에는 대체가 안 되는 자리가 있어요. 클럭 신호를 만드는 수정 진동자가 죽으면 마이크로컨트롤러가 박자를 잃어 아무 동작도 못 하고, 기준 전압을 만드는 부품이 틀어지면 모든 측정과 제어가 어긋나요.반대로 하나가 고장 나도 버티는 구조도 있어요. 병렬로 여러 개를 달아둔 부품이나, 일부러 먼저 끊어지게 만든 퓨즈처럼요. 퓨즈는 고장이 아니라 다른 부품을 지키려고 스스로 희생하는 부품이에요. 그래서 제품이 갑자기 안 켜질 때 퓨즈부터 확인하는 게 수리의 첫 순서예요.요즘 제품이 고장 나면 기판째 교체하는 것도 이 때문이에요. 부품이 워낙 작고 촘촘해서 어느 하나가 원인인지 찾는 시간과 기술이 기판값보다 비싸거든요 :)
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휴대폰은 어떻게 이동하면서도 끊김 없이 통화를 유지하나요?
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.핵심은 휴대폰이 통화 중에도 주변 기지국 신호를 계속 재고 있다는 거예요. 지금 연결된 기지국과 대화하면서도 이웃 기지국들이 보내는 신호 세기를 틈틈이 측정해 네트워크에 보고해요. 그 목록을 받은 네트워크가 지금 기지국 신호가 약해지고 옆 기지국이 더 강해졌다고 판단하면 넘기라는 명령을 내려요. 이 교체 과정을 핸드오버라고 불러요.부드럽게 넘어가는 비결은 끊고 붙이는 게 아니라 겹쳐 있는 구간을 이용한다는 데 있어요. 기지국들은 서비스 영역이 서로 겹치도록 배치돼 있어서, 그 겹친 구역에 있는 동안 교체가 이뤄져요. LTE와 5G에서는 새 기지국과 먼저 연결을 준비해두고 데이터 경로를 옮긴 뒤 이전 연결을 끊는 순서로 진행돼요. 전달되지 못한 데이터는 옛 기지국이 새 기지국으로 넘겨주고요. 전체 과정이 수십 밀리초 안에 끝나서 사람은 알아채지 못해요. 이어달리기에서 두 주자가 나란히 달리는 구간에 바통을 넘기는 것과 같은 구조예요.그래도 끊기는 상황은 있어요. 고속으로 달리면 기지국을 너무 빨리 지나쳐 교체가 잦아지고, 터널이나 지하로 들어가면 넘겨받을 기지국 자체가 없어요. 그래서 고속도로와 철도 노선에는 방향을 따라 길게 커버하는 기지국을 배치하고, 터널에는 누설 케이블이라는 전용 안테나를 깔아요. KTX에서 통화가 유지되는 게 이런 설비 덕분이에요.요즘은 통화가 데이터로 전송되는 방식이라 기지국뿐 아니라 와이파이로도 넘어갈 수 있어요. 집에 들어서면 통화가 와이파이 통화로 전환되는 게 그 기능이에요 :)
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