답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.소리가 물속에서 공기 중에서보다 빠르게 전달되는 이유는 물 분자들이 공기 분자보다 훨씬 가깝고 빽빽하게 연결되어 있어 진동을 더 빠르게 전달하기 때문입니다. 소리는 물체나 매질의 입자가 진동하면서 퍼져나가는 파동이기 때문에 진동을 전달해 줄 입자들의 거리와 성질에 따라 속도가 크게 달라집니다.공기는 분자 사이의 거리가 멀어 한 분자가 진동한 뒤 옆 분자에 부딪힐 때까지 시간이 걸리지만, 물은 분자들이 서로 바짝 붙어 있어 물 분자는 진동 에너지를 받는 즉시 옆 분자로 에너지를 전달합니다. 또한, 물은 공기보다 밀도가 약 800배 높아 소리를 둔하게 만들 것처럼 보이지만, 압축에 저항하는 탄성계수는 공기보다 무려 15,000배나 큽니다. 즉, 물은 공기보다 훨씬 잘 튕겨내는 성질을 가졌기 때문에 밀도가 높은 불이익을 상쇄하고도 훨씬 빠른 속도를 냅니다.참고로 물속에서는 소리가 빨라진 덕분에 양쪽 귀에 소리가 도달하는 시간 차이가 거의 사라져, 소리가 정확히 어느 방향에서 들려오는지 위치를 파악하기는 오히려 공기 중보다 어려워집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.나침반의 자침이 손을 어떻게 돌리든 항상 북쪽을 가리키는 이유는 지구 자체가 하나의 거대한 자석이며, 자침이 마찰력이 거의 없는 상태로 고정되어 있기 때문입니다.지구 내부 외핵은 액체 상태로 되어 있어 철과 니켈이 대류하면서 지구 전체에 거대한 자기장을 만들어내는데, 이 덕분에 지구는 북극과 남극을 양끝으로 하는 하나의 거대한 자석처럼 움직입니다. 자석은 서로 다른 극끼리 끌어당기는 성질이 있어, 지구의 지리상 북극 근처에는 사실 자석의 S극 성질이 띠고 있어 나침반 자침의 N극은 자연스럽게 지구의 S극 성질이 있는 북쪽으로 끌려가게 됩니다. 손으로 나침반을 쥐고 회전시키면 겉 테두리와 바닥의 방위판은 손을 따라 움직입니다. 하지만 자침은 중앙의 미세한 바늘 끝 위에 올려져 있거나 댐핑 오일 속에 떠 있어, 바깥 껍데기가 돌아가도 그 회전력이 자침에 전달되지 않습니다. 자침은 마찰의 방해 없이 오직 지구 자기장의 힘에만 응답하여 계속 북쪽을 향해 멈춰 서 있는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.거대한 철제로 만든 선박이 물에 뜨는 원리는 선박을 아래로 당기는 중력과 위로 밀어올리는 부력이 완벽한 균형을 이루고 있기 때문입니다. 철은 물보다 훨씬 무겁지만, 배 내부를 공기로 채워 전체 부피를 증가시켜 중력을 상쇄할 만큼의 부력을 만들어냅니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.배가 바다에 떠 있을 때, 선박이 수면 아래로 잠긴 부피만큼의 바닷물 무게는 배 전체의 무게와 정확히 같습니다. 잠긴 부피가 늘어날수록 부력이 커지다가 중력과 크기가 같아지는 지점에서 정지하여 떠 있게 됩니다. 선체 파손 등으로 내부의 빈 공간에 물이 차면 공기 밀도가 물의 밀도로 대체되어 선박의 총 무게가 급증하여, 밀어낼 수 있는 물의 최대 부력을 중력이 초과하면 배는 가라앉습니다. 순수한 철의 밀도는 물의 약 7.8배에 달하지만, 배는 내부가 트여 있는 껍질 구조입니다. 밀도가 거의 0에 가까운 공기가 내부 부피의 대부분을 차지하므로 선박의 평균 밀도는 물의 밀도보다 작아집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.달리던 버스가 급정거할 때 승객의 몸이 앞으로 쏠리는 현상과 관련 있는 운동 법칙은 뉴턴의 제1법칙인 관성의 법칙입니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.관성은 물체에 알짜힘이 작용하지 않는 한, 물체는 자신의 현재 운동 상태를 계속 유지하려는 성질을 말하는 것으로 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있으려 하고, 운동하던 물체는 계속 같은 속도와 방향으로 움직이려 합니다. 버스에 브레이크가 작동하면 도로와의 마찰력이라는 외부 힘을 받아 제동을 걸고 속도를 급격히 줄들게 되고, 버스 바닥이나 의자에 직접 접촉한 승객의 하체는 버스와 함께 멈추지만, 버스에 고정되지 않은 승객의 상체는 원래 가던 속도대로 계속 앞으로 나아가려는 관성을 유지합니다. 그 결과, 상대적으로 멈춰 선 버스 안에서 승객의 몸이 순식간에 앞으로 쏠리게 됩니다.자동차의 안전벨트도 이처럼 관성에 의해 승객의 몸이 앞으로 튕겨 나가는 것을 막기 위해, 인위적으로 외력을 가해 차와 함께 안전하게 속도를 줄여주는 대표적인 안전장치입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.전자레인지는 마이크로파를 이용해 음식 속 물 분자를 강제로 회전시켜 가열하는 원리로 열을 발생시킵니다. 음식물에 포함된 물 분자는 산소 원자가 (-), 수소 원자가 (+) 전하를 띠는 대표적인 극성 분자입니다. 평소에는 물 분자들이 무작위 방향으로 배열되어 있지만, 외부에서 전기장이 가해지면 (+)극과 (-)극의 끌림에 따라 전기장의 방향대로 정렬하려는 성질이 있습니다.마이크로파가 음식물을 통과할 때, 전기장의 방향이 초당 24억 5천만 번 방향이 바뀌는데, 물 분자 역시 이 속도에 맞추어 제자리에서 초당 24억 5천만 번씩 방향을 바꾸며 바쁘게 회전합니다. 극도로 빠르게 회전하는 물 분자들이 주변의 다른 물 분자, 영양소 분자들과 충돌하며 강한 마찰을 일으키고, 이 운동 에너지가 곧 열에너지로 바뀌며 음식이 데워집니다. 단, 마이크로파는 수소 결합으로 물 분자가 고정된 얼음 상태나, 수분이 전혀 없는 건조한 그릇에는 잘 작용하지 않습니다. 자유롭게 움직일 수 있는 액체 상태의 물 분자가 존재할 때 가장 높은 효율로 열을 만들어냅니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.머리카락이 하얗게 변하는 나이가 사람마다 다른 이유는 모낭 속 멜라닌 세포의 수명과 활성도가 유전, 스트레스, 생활 습관에 의해 크게 달라지기 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.흰머리가 생기는 원리는 모낭 깊숙이 위치한 멜라닌 세포는 멜라닌 색소를 만들어 자라나는 머리카락에 공급하는데, 이 멜라닌 세포의 기능이 저하되거나 멜라닌 줄기세포가 고갈되면, 색소가 공급되지 않은 투명한 모발이 자라나게 되며 빛이 반사되어 우리 눈에는 하얗게 보입니다. 흰머리가 발생하는 시기는 타고난 DNA의 영향을 가장 크게 받습니다. 부모나 친가, 외가 친척 중 20대 이하에 흰머리가 난 사람이 있다면, 멜라닌 세포의 수명이 짧게 입력되어 있어 젊은 나이에도 흰머리가 생길 확률이 매우 높습니다. 또한, 과도한 스트레스를 받으면 교감신경에서 노르아드레날린 호르몬이 대량 분비되는데, 이 물질은 모낭 속 멜라닌 줄기세포를 과도하게 자극해 조기에 고갈시켜 버리므로, 젊은 층에서 급격히 흰머리를 유발하는 주범이 됩니다. 이외에도 영양 결핍이나 산화 스트레스, 기저 질환이 있는 사람들이 조기 흰머리가 도드라지게 나타날 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.양은냄비로 끓인 라면이 유독 맛있는 이유는 높은 열전도율 덕분에 짧은 시간 동안 고온에서 면을 꼬들꼬들하게 익혀낼 수 있기 때문입니다.알루미늄 소재의 양은냄비는 열전도율이 매우 높고 비열이 낮아 불을 켜자마자 물이 순식간에 끓어오릅니다. 센 불에서 단시간에 끓여내면 면발이 물을 과도하게 흡수하기 전에 익어 탱글탱글한 식감이 유지됩니다. 그리고 조리 시간이 길어지면 면에서 전분이 많이 나와 국물이 텁텁해지고 면이 퍼지는데, 양은냄비는 강한 열로 순식간에 면 겉면을 익혀 전분이 과도하게 녹아나오는 것을 막아줍니다. 또한, 노란 양은냄비 비주얼은 분식집이나 추억의 공간을 떠올리게 합니다. 미각은 시각적 연상과 기억의 영향을 크게 받기 때문에 뇌가 음식 맛을 더 풍성하게 인식하게 됩니다.하지만 양은냄비의 피막 코팅이 벗겨지면 알루미늄 성분이 용출될 수 있으므로, 긁힘이 심하거나 오래된 냄비는 새것으로 교체해 사용하는 것이 좋습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.지렁이는 토양을 부드럽게 하고 영양분을 공급하며 병원균을 억제하는 역할을 합니다. 지렁이가 만든 건강한 토양 환경이 작물의 자생력을 높여 화학비료와 농약의 의존도를 대폭 줄여줍니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.지렁이가 땅속을 이동하며 뚫어놓은 통로는 토양에 산소를 원활하게 공급하고, 물 빠짐과 수분 유지력을 동시에 높이며, 흙이 뭉치지 않고 부드러워져 작물의 뿌리가 깊고 넓게 내릴 수 있어 가뭄이나 강풍에 강해집니다. 지렁이가 흙과 유기물을 먹은 뒤 배출하는 분변토는 식물이 즉시 흡수할 수 있는 질소, 인산, 칼륨, 칼슘 등을 대량 포함하고 있습니다. 일반 흙보다 영양분 함량이 수배 이상 높아 화학비료를 쓰지 않아도 작물이 잘 자랍니다.그리고 땅 위에 떨어진 낙엽, 식물 잔재, 동물의 사체 등을 땅속으로 끌고 들어가 먹어 치우면서 빠르게 분해하는 과정에서 유기물이 토양 전체에 균일하게 섞여 흙의 토질을 근본적으로 바꿔줍니다. 또한, 지렁이의 장을 통과해 배출된 분변토에는 유용한 토양 미생물이 폭발적으로 번식합니다. 이 유익균들이 토양을 점유하면 식물 뿌리를 공격하는 유해 곰팡이나 병원균의 설 자리가 사라집니다. 뿌리 환경이 건강해진 작물은 면역력이 높아져 농약을 많이 치지 않아도 병충해를 스스로 이겨냅니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.나프탈렌은 벤젠 고리 두 개가 결합된 특유의 강한 냄새를 가진 유기화합물로, 고체가 액체를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화성 물질입니다. 과거 옷장에 넣어 두었던 것은 옷감을 상하게 하는 해충을 퇴치하고 곰팡이를 막아주는 역할을 했기 때문입니다.나프탈렌은 상온에서 고체 상태에서 기화하면서 옷장 내부에 기체 분자를 가득 채워 별도의 작동 장치 없이도 구석구석 지속적으로 효과를 냅니다. 강한 화학적 성질 때문에 미생물이나 작은 곤충에게 독성을 발휘합니다.양모, 비단, 면 등 천연 섬유는 좀벌레나 옷벌레 애벌레의 좋은 먹잇감입니다. 나프탈렌이 승화하여 발생한 기체는 해충의 호흡기와 신경계를 자극하여 옷장 안으로 들어오지 못하게 막거나 죽입니다. 또한, 나프탈렌 기체는 미생물의 세포 활동을 방해하여, 장마철이나 습한 환경에서 옷감 표면에 곰팡이가 피어 피복이 부식되는 것을 예방합니다.현재는 나프탈렌 기체의 인체 독성 및 발암 가능성 우려로 인해 실내 사용이 대폭 줄어들었으며, 독성이 적은 성분의 방충제나 피레스포이드계 방충제로 대체되고 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.반딧불이의 발광은 전기를 생산하는 것이 아니라 화학 에너지를 소비해 빛을 만드는 과정이라 발전기처럼 전력을 얻을 수는 없습니다. 다만 전환 효율이 90%에 달할 정도로 열 손실이 거의 없어, 전기를 쓰지 않는 친환경 조명과 고효율 기술로 활발히 응용되고 있습니다.요즘 반딧불이의 빛 발생 유전자를 가로수나 실내 화초에 주입하는 연구가 활발합니다. 전기를 사용하지 않고도 밤길을 밝히는 도시 가로수나, 은은한 밤등 역할을 하는 인테리어 식물 등으로 상용화가 시도되고 있습니다. 또한, 반딧불이 발광마디 표면의 미세한 비늘 구조는 내부에서 만들어진 빛이 밖으로 잘 빠져나가도록 돕는데, 이 구조를 본떠 기존 LED 표면을 가공했고, 그 결과 전력 소비는 줄이면서 밝기는 50% 이상 끌어올리는 데 성공했습니다. 이외에도 에너지 생산 분야는 아니지만, 암세포나 바이러스에 반딧불이 유전자를 결합해 체내 세포의 반응을 빛으로 추적하는 정밀 의료 시약으로 이미 유용하게 쓰이고 있습니다.