답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.팝핑 캔디가 입안에서 터지는 원리는 설탕 알갱이 속에 고압으로 갇혀 있던 이산화탄소 가스가 침에 녹으면서 순식간에 방출되기 때문입니다. 그 원리에 대해 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.설탕, 물엿, 유당 등을 녹여 만든 액체 시럽에 약 40기압 이상의 높은 압력으로 이산화탄소 가스를 강제로 주입하고, 이산화탄소가 섞인 시럽을 고압 상태 그대로 유지하면서 빠르게 식히면, 미세한 이산화탄소 기포들이 설탕 결정 내부에 갇힌 채 단단하게 굳어집니다. 고압 설탕 덩어리를 잘게 부수면 기포가 들어 있는 작은 팝핑 캔디 알갱이가 완성됩니다. 이 알갱이 내부 기포는 여전히 높은 압력을 유지하고 있습니다. 캔디를 혀 위에 올리면 침이 설탕을 녹이기 시작하면, 이산화탄소를 감싸고 있던 설탕 벽이 얇아지다가 내부 압력을 견디지 못하는 순간, 갇혀 있던 가스가 한꺼번에 터져 나오며 톡 소리와 함께 혀에 자극을 전달합니다. 즉, 탄산음료에 들어가는 이산화탄소 가스를 사탕 결정 안에 물리적으로 가두어 두었다가 침으로 사탕을 녹여 한꺼번에 터뜨리는 원리입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.탄산수소나트륨이라고 하는 베이킹소다와 아세트산이 주성분이 식초가 만나면 산과 염기 중화 반응이 일어나면서 이산화 탄소 기체가 순식간에 생성되기 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.약염기성 물질인 베이킹소다와 산성 물질인 식초 속 아세트산이 반응하여 아세트산 나트륨과 탄산이 생성되는데, 생성된 탄산은 매우 불안정한 물질이기 때문에 생성 즉시 물과 이산화 탄소 기체로 빠르게 분해됩니다. 이때 기체로 변한 이산화 탄소가 액체 표면으로 부피가 팽창하며 빠르게 분출하고, 액체의 표면장력과 섞이면서 부글부글 거품을 일으키게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.테플론 코팅이 음식물을 들러붙지 않게 하는 원리는 탄소-불소 결합이 만들어내는 극도로 낮은 표면 에너지와 화학적 비활성화 상태 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.테플론은 탄소 사슬 겉면을 원자 크기가 작은 불소 원자들이 빈틈없이 빽빽하게 둘러싸 보호하고 있는 고분자 화합물로 불소는 전자를 끌어당기는 힘이 화학 원소 중 가장 강하기 때문에 탄소와 불소는 단단하고 완벽하게 전자를 공유하며 안정적인 결합을 이룹니다. 표면에 놓인 불소 원자들은 이미 전자로 가득차 있어서, 외부의 음식물 분자와 화학 반응을 일으키거나 끌어당기려는 성질이 거의 전혀 없습니다. 어떤 물질이 다른 물질에 붙으려면 표면 분자들끼리 서로 끌어당기는 힘이 커야 하지만 테플론은 표면 에너지가 지구상에 존재는 고체 물질 중 손에 꼽힐 정도로 낮습니다. 이로 인해 테플론 표면에 들어온 식용유나 물, 달걀의 단백질 분자는 팬 표면에 스며들거나 번지지 못하고, 팬이 당기는 힘보다 자기들끼리 뭉치는 힘이 훨씬 커져 물방울처럼 동글동글 맺히게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.초음파 진단기와 어군 탐지기는 모두 박쥐나 돌고래가 어둠 속에서 물체를 찾는 원리와 같은 음파의 반사(와 시간차 측정을 기본 원리로 사용합니다. 사람 귀에는 들리지 않는 정밀한 고주파 음파를 몸속이나 바닷속으로 쏘아 보낸 뒤, 무언가에 부딪혀 되돌아오는 반사파를 분석하여 내부를 확인하는 방법입니다.산모 배 속의 태아 관찰은 2~10MHz 수준의 높은 주파수를 사용하여 프로브에서 나온 초음파가 엄마의 복부 피부에서 자궁으로, 태아의 피부에서 장기 및 뼈를 순차적으로 통과하는 과정을 거칩니다. 양수는 음파가 그냥 통과해 까맣게 보이고, 태아의 피부나 장기는 일부가 반사되어 회색, 밀도가 매우 높은 태아의 뼈는 강하게 반사되어 하얗게 표시되어, 컴퓨터가 되돌아오는 신호의 시간과 강도를 모아서 실시간 입체 영상으로 만들어냅니다. 초음파 젤을 바르는 이유는 초음파는 공기를 만나면 대부분 반사되어 몸속으로 들어가지 못합니다. 피부와 프로브 사이의 미세한 공기를 차단하고 음파가 부드럽게 통과하도록 매개체 역할을 하는 것이 바로 젤입니다.어군 탐지기는 수중에서 멀리 나아가야 하므로 의료용보다 주파수가 낮은 수십~수백 kHz 대역의 초음파를 바다 아래로 쏘아 올리면, 배 바닥에 달린 송수신기에서 초음파를 수중으로 발사하면, 바닷물을 타고 내려가다가 해저 바닥이나 물고기 떼에 부딪혀 반사되어 돌아옵니다. 물고기가 잘 탐지되는 이유는 물고기의 몸속에 있는 부력 주머니 때문입니다. 물로 둘러싸인 바닷속에서 공기가 차 있는 부력 주머니는 밀도 차이가 매우 크기 때문에 초음파를 아주 강하게 반사시킵니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우유를 마시지 못하는 아이들은 크게 우유 알레르기, 유당불내증, 그리고 선천성 대사 질환이라는 세 가지 주요 원인 때문에 우유를 섭취할 수 없습니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.우유 알레르기는 우리 몸의 면역계가 우유 속에 들어 있는 카제인이나 유청 단백질을 침입자로 오인하여 과도하게 공격하면서 발생하는 것으로 우유를 마신 직후 또는 몇 시간 내에 피부 두드러기, 아토피성 습진, 구토, 설사, 혈변, 호흡 곤란이 나타나며, 심할 경우 생명을 위협하는 알레르기 쇼크가 올 수 있습니다. 유당불내증과 달리 아주 적은 양의 우유나 우유가 들어간 가공식품만 먹어도 증상이 나타납니다. 다만, 아이가 자라면서 면역계가 성숙해짐에 따라 만 3~5세 이후에 자연스럽게 사라지는 경우가 많습니다.유당불내증은 우유에 들어 있는 당분인 유당을 소화, 분해하는 효소인 락타아제가 체내에 부족하거나 합성되지 않아 발생하는 것으로 소화되지 않은 유당이 소장을 지나 대장으로 넘어가면, 대장 내 세균이 이를 발효시키면서 다량의 가스와 수분을 만듭니다. 이로 인해 복통, 팽만감, 방귀, 설사 등이 일어납니다. 선천적으로 유당 분해 효소가 부족한 경우도 있지만, 아이들은 장염이나 바이러스성 질환을 앓고 난 후 장 점막이 손상되어 일시적으로 락타아제 분비가 줄어드는 2차성 유당불내증을 겪는 경우가 흔합니다. 마지막으로 선천성 대사 이상 질환은 유전적 원인으로 우유 성분을 독성 물질로 바꿔버리는 희귀 질환으로 갈락토오스혈증과 페닐케톤뇨증이 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.사막의 식물과 동물이 가시를 갖게 된 가장 큰 이유는 수분 부족과 강한 태양열, 그리고 포식자의 위협이 공존하는 극단적인 환경에서 살아남기 위한 진화적 결과입니다. 식물과 동물에서 가시가 어떤 역할을 하는지 자세히 설명해 드리겠습니다.사막 식물의 가시는 원래 물을 증발시키는 '잎'이 환경에 맞춰 형태를 바꾼 것입니다. 일반 식물은 잎의 기공을 통해 호흡하고 수분을 배출하지만 사막 식물은 잎을 뾰족한 가시 형태로 바꿈으로써 표면적을 줄여 체내 수분이 공기 중으로 날아가는 것을 막습니다. 또한, 건조한 사막에서 줄기나 몸통에 물을 가득 머금은 식물은 동물의 표적이 되기 쉽습니다. 가시는 동물이 식물을 함부로 뜯어먹지 못하게 하는 물리적 방어 수단입니다. 밤과 새벽 사이에 기온이 떨어지면 공기 중의 수증기가 뾰족한 가시 끝에 결로 현상으로 맺혀 이슬이 됩니다. 이 물방울이 아래로 떨어지면서 뿌리가 수분을 흡수할 수 있게 돕습니다.동물의 가시는 주로 피부의 비늘이나 털이 단단하게 변형되어 만들어집니다. 가시도마뱀이나 가시쥐 등은 몸에 날카로운 가시를 세워 포식자가 물거나 삼키지 못하도록 만듭니다. 위급 시 몸을 부풀려 가시를 더욱 두드러지게 만드는 종류도 있습니다. 호주 사막에 사는 가시도마뱀의 가시 피부 사이에는 미세한 홈이 파여 있어, 새벽에 몸에 맺힌 이슬이나 젖은 모래에 닿은 물이 모세관 현상을 타고 피부 홈을 따라 입으로 흘러 들어가 자동으로 물을 마실 수 있습니다. 또한, 동물의 가시는 몸 표면에 복사열이 직접 전달되는 것을 막고, 바람이 불 때 공기 순환을 도와 체온을 낮추는 데 일조합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.손톱과 머리카락의 주성분은 케라틴이라는 단단한 구조 단백질입니다. 신체의 다른 부위와 달리 평생에 걸쳐 계속 자라는 것은 피부 속에 위치한 뿌리 세포의 특수한 생성 방식 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.손톱과 머리카락의 구성 성분으로 첫째는 ​케라틴 단단백은 황 원자를 포함한 시스테인이라는 아미노산이 풍부하게 결합하여 만들어진 섬유상 단백질입니다. 황 결합 구조 덕분에 자극에 매우 강한 내성을 가집니다. 둘째는 적절한 수분과 지질이 포함되어 있어 쉽게 부러지지 않는 유연성과 광택을 유지할 수 있고, 아연, 철분, 칼슘, 마그네슘 등의 원소가 미량 포함되어 있습니다. 마지막으로 ​멜라닌 색소는 모낭 속 멜라닌 세포가 만드는 색소의 양과 종류에 따라 머리카락의 색상이 결정됩니다.키 성장은 뼈 끝의 성장판이 닫히면서 멈추지만, 손톱과 머리카락은 피부 속에 있는 살아있는 줄기세포의 밀어내기 방식으로 작동하기 때문에 평생 자라납니다. 손톱 뿌리의 손톱 모체와 머리카락의 모낭 밑부분에는 분열 능력이 뛰어난 상피세포가 존재합니다. 이 뿌리 세포들은 모세혈관을 통해 영양분과 산소를 공급받으며 끊임없이 새로운 세포를 만들어냅니다. 새로 만들어진 세포가 기존 세포를 밖으로 밀어내며 이동합니다. 표면으로 이동하는 과정에서 세포는 핵을 잃고 내부가 케라틴 단백질로 가득 차면서 단단하게 단단해지고 결국 죽은 세포가 됩니다. 즉, 우리가 눈으로 보는 손톱과 머리카락은 이미 죽은 케라틴 덩어리이며, 피부 안쪽 살아있는 뿌리에서 계속 밀어내기 때문에 끝없이 자라나는 것처럼 보입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.인체는 혈당을 일정 범위로 유지하기 위해 췌장에서 분비되는 인슐린과 글루카곤이라는 두 호르몬을 통해 균형을 맞춥니다. 식사 후에는 혈당이 지나치게 올라가는 것을 막기 위해 혈당을 낮추고, 운동 중에는 혈당이 떨어지는 것을 막기 위해 혈당을 끌어올립니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.탄수화물이 포함된 음식물을 섭취하면 소화 과정을 거쳐 포도당 형태로 혈액에 흡수되며 혈당 수치가 올라갑니다. 췌장의 베타세포가 혈당 상승을 감지하고 즉시 인슐린 호르몬을 분비하면, 인슐린은 혈액 속 포도당을 몸속 세포 내부로 이동시켜 에너지원으로 사용하도록 돕습니다. 쓰이고 남은 포도당은 간과 근육에 글리코겐 형태로 저장하며, 그래도 남으면 지방 세포에 저장합니다. 혈액 속 포도당이 세포로 이동하면서 혈당 수치가 다시 정상 범위로 떨어집니다.운동을 시작하면 근육이 에너지원으로 혈액 속 포도당을 빠르게 소모하므로 혈당이 낮아지기 시작하여, 혈당이 기준치 이하로 떨어지려고 하면 췌장의 알파세포가 이를 감지하고 글루카곤 호르몬을 분비합니다. 글루카곤은 간으로 이동하여 식사 후 저장해 두었던 글리코겐을 다시 포도당으로 분해한 뒤 혈액 속으로 방출시킵니다. 혈액 내로 포도당이 지속적으로 공급되어 저혈당 증상을 방지하고, 뇌와 근육이 계속해서 활동할 수 있는 상태를 유지합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.지구 내부에너지는 지구 중심부와 맨틀에 저장되어 있는 열에너지를 의미하며, 맨틀 대류를 일으켜 지각 판을 움직이고 지진, 화산 폭발, 대륙 이동 등을 일으키는 모든 지질 활동의 근원 에너지입니다.​지구 내부에너지는 지구 형성 초기에 생성된 미행성체의 충돌열과 지구 내부 방사성 원소들이 붕괴하며 만드는열방사성 붕괴열에 의해 형성되었습니다.태양계 형성 초기, 우주 공간을 떠돌던 수많은 미행성체들이 중력에 의해 거세게 충돌하며 합쳐졌고, 이때 발생한 막대한 운동 에너지가 열에너지로 전환되었습니다. 이 충돌열로 인해 지구 전체가 녹아내려 거대한 마그마의 바다 상태가 되었으며, 이 과정에서 밀도가 높은 철과 니켈은 중심으로 침강하여 핵을 이루고 가벼운 물질은 위로 떠올라 맨틀과 지각이 되었습니다. 무거운 물질이 중심으로 쏠리면서 발생한 중력 위치 에너지 역시 엄청난 열로 변환되었고, 식어가는 과정에서 외핵의 액체가 고체 내핵으로 응고될 때 방출되는 잠열까지 더해져 지구 깊은 곳에 거대한 열 저장고가 만들어졌습니다. 또한, 지구의 맨틀과 지각 속에는 우라늄, 토륨, 칼륨과 같은 불안정한 방사성 원소들이 포함되어 있습니다. 이 원소들은 세월이 흐르며 더욱 안정된 원소로 변하는 방사성 붕괴 과정을 거치는데, 이때 지속적으로 열을 방출합니다. 지구 전체의 거대한 질량을 고려할 때 이들이 내뿜는 열의 총량은 매우 막대하며, 실제로 현재 지표면을 통해 방출되는 전체 열에너지의 절반 이상을 이 방사성 붕괴열이 담당하고 있습니다.이처럼 지구 내부에너지는 태생적인 원시열과 내부 원소들의 방사성 붕괴열이 어우러져 만들어진 거대한 열 엔진이며, 지금 이 순간에도 지구 표면의 지형을 끊임없이 변화시키고 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.종이가 오래되면 누렇게 변하는 가장 큰 이유는 목재의 주요 성분인 리그닌의 산화 및 광분해 반응 때문입니다.종이의 원료인 나무는 주로 셀룰로스와 리그닌으로 이루어져 있는데, 셀룰로스는 흰색을 띠는 질긴 섬유이며, 리그닌은 이 섬유들을 단단하게 묶어주는 천연 접착제 역할을 합니다. 리그닌이 공기 중의 산소나 햇빛의 자외선에 노출되면 광산화 반응이 일어납니다. 이 과정에서 리그닌 분자 구조가 깨지며 퀴논 구조를 가진 빛 흡수 물질인 발색단이 생성됩니다. 새로 형성된 발색단 물질들이 푸른색 계열의 빛을 흡수하고 노란색과 갈색 계열의 빛을 반사하기 때문에 우리 눈에는 종이가 누렇게 변한 것으로 보입니다.변색을 가속하는 외부 요인으로 햇빛뿐만 아니라 형광등에서 나오는 자외선도 리그닌의 화학 결합을 끊는 에너지를 공급하여 변색을 가속합니다. 또한, 종이 제조 과정에서 산성 첨가물이 사용된 산성지는 산 가수분해 반응이 함께 일어나 종이가 누렇게 변할 뿐만 아니라 쉽게 바스러지게 됩니다. 이외에도 높은 온도와 습도는 모든 화학 반응의 촉매 역할을 하여 산화 과정을 가속합니다.따라서 종이를 오래 깨끗하게 보관하려면 자외선이 차단되는 서늘하고 건조한 장소에 밀폐하여 보관하는 것이 좋습니다.