이충흔님의 전문가 프로필

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.방송 스펀지에 등장했던 젖지 않는 물의 정체는 진짜 물이 아닌 플루오르화 케톤이라는 불소계 화합물입니다. 이 물질의 과학적 원리와 궁금해하시는 질문에 대해 설명해 드리겠습니다.젖지 않는 원리와 제조 배경은 이 물질이 케톤 화합물의 수소 원자를 불소로 치환하여 인위적으로 합성한 특수 액체이며, 끓는점이 49°C로 물에 비해 매우 낮고, 기화하는 데 필요한 에너지가 물의 25분의 1 수준에 불과하기 때문에 종이나 휴지를 담갔다 빼도 액체가 물체 표면에 머물지 않고 눈 깜짝할 사이에 증발해 버리기 때문에 전혀 젖지 않는 것처럼 보입니다. 그리고 전기가 통하지 않고 화학적으로 매우 안정되어 있어, 액체 속에서 작동 중인 스마트폰이나 컴퓨터를 넣어도 합선이 일어나지 않습니다. 원래는 데이터센터나 박물관처럼 물을 쓰면 안 되는 곳의 화재를 진압하는 청정소화약제나 정밀 부품 세정제로 개발된 물질입니다.첫번째 질문에서 사람이 마시면 안 됩니다. 화학물질 자체는 인체 독성이 거의 없도록 설계된 무독성 물질이 맞지만, 끓는점이 49°C에 불과해 마시는 순간 체온과 위장 내부의 열기에 의해 체내에서 급격하게 가스로 기화합니다. 위장 안에서 액체가 갑자기 수백 배의 가스로 팽창하면서 위장 팽창, 장 천공, 기구 역류로 인한 질식 등 치명적인 물리적 손상을 일으키므로 절대 음용할 수 없습니다.두번재 질문에서 물고기가 살 수 없습니다. 물고기의 아가미는 물 분자 사이에 녹아 있는 용존 산소를 흡수하도록 최적화되어 있는데, 플루오르화 케톤은 화학 구조가 물과 완전히 달라 아가미를 통한 정상적인 산소 교환이 불가능합니다. 밀도가 물의 약 1.7배로 매우 비중이 커서 물고기가 정상적으로 지느러미를 젓거나 부력을 유지하기 어렵습니다. 그리고 표면장력이 매우 낮아 물고기 표면의 보호 점막층을 손상시키고 삼투압 균형을 무너뜨려 얼마 지나지 않아 질식하게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.피겨 스케이팅 선수가 회전 속도를 급격히 올릴 수 있는 이유는 각운동량 보존 법칙과 관성 모멘트의 관계 때문입니다. 구체적인 원리에 대해 자세히 설명해 드릴게요.관성 모멘트는 회전하는 물체가 원래의 회전 상태를 유지하려는 성질로, 질량이 회전축으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 나타냅니다. 회전축으로부터 질량까지의 거리가 멀어질수록 관성 모멘트는 거리의 제곱에 비례하여 커지는 원리입니다. 각운동량 보존 법칙은 회전하는 계에 외부의 돌림힘이 작용하지 않는다면, 그 물체의 각운동량은 항상 일정한 값으로 유지된다는 법칙으로, 각운동량은 관성 모멘트와 회전 속도의 곱으로 계산됩니다. 이 법칙들을 적용하면, 스케이트 날과 빙판 사이의 마찰이 매우 작아 외부 돌림힘이 거의 없는 상태에서, 선수가 팔과 다리를 몸 안쪽으로 끌어당기면 회전축과의 거리가 줄어들어 관성 모멘트가 급격히 감소하게 되고, 전체 각운동량을 일정하게 보존해야 하므로, 관성 모멘트가 줄어든 만큼 회전속도가 반대적으로 커져 회전이 빨라집니다.이런 현상들은 이번 아시안게임에 다이빙 선수들에게서 볼 수 있었는 데요. 공중 회전 동작을 할 때 몸을 최대한 동그랗게 웅크려 회전 속도를 높이고, 물에 들어가지 직전에 몸을 쫙 펼쳐 회전을 멈춥니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.무반사 코팅이 반사광을 차단하는 과학적 원리는 빛의 파동성을 이용한 상쇄 간섭 때문입니다. 관련된 원리를 구체적으로 설명해 드리도록 하겠습니다.빛이 코팅된 렌즈 표면에 도달하게 되면, 일부는 공기와 코팅층 사이의 경계면에서 반사되고, 일부의 빛은 코팅층을 지나 코팅층과 렌즈 사이의 경계면에서 반사되어 두 줄기의 반사파가 형성됩니다. 빛은 파동의 연속인데, 코팅층의 두께를 빛 파장으로 정밀하게 제어하면, 첫 번째 반사파의 두 번째 반사파가 서로 완벽하게 겹치게 되면 상쇄 간섭이 일어나 반사광이 눈에 보이지 않게 됩니다.반사되어 밖으로 튕겨 나갈 빛 에너지가 상쇄되면, 그 에너지는 사라지는 것이 아니라 렌즈 안쪽으로 더 많이 투과되기 때문에 반사광은 감소하고 투과하는 빛의 양이 늘어나 시야가 한층 투명하고 밝아집니다. 빛은 색상마다 파장이 다르기 때문에 단 하나의 코팅층만으로는 특정 파장만 차단할 수 있어 실제 렌즈에는 굴절률과 두께가 서로 다른 박막을 여러 겹 쌓는 다층 코팅을 적용하여 가시광선 전 영역의 반사를 동시에 억제합니다.