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답변 내역

네비게이션은 어떤 원리로 작동을 하나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.네비게이션 시스템(navigation system)은 자동차 등에서 음성과 영상표시로 운전자에게 목적지까지의 최단경로나 도로정보 등을 알려주는 시스템을 말합니다. 현재 우리나라에서 사용되는 대부분의 네비게이션은 GPS 수신기를 통해 위치를 확인하는 방식입니다. 네비게이션을 설명하는데 없어서는 안될 장치가 바로 GPS(Global Positioning System, 지구위치결정시스템) 수신기입니다. GPS 원리를 이해하면 네비게이션 원리를 거의 이해한 것으로 볼 수 있습니다. GPS는 미국 국방부가 개발했으며 인공위성에서 발신하는 마이크로파를 수신, 위치를 확인합니다. 현재 지구 고도 2만200km 상공에는 총 30개의 GPS 위성이 12시간 마다 지구를 한바퀴 돌고 있습니다.네비게이션에 부착된 GPS 수신기는 세 개 이상의 GPS 위성으로부터 신호를 받습니다. GPS 신호는 위성을 통해 받기 때문에 고가도로'터널'지하 차도 및 주차장 등 하늘이 가려질 경우 수신 장애가 발생할 수 있으며 태양 흑점 활동 등에 의해 수신 오차도 생깁니다. 오차를 보정하기 위해 보통 네 개의 위성으로부터 전파를 수신합니다. 위성에서 송신된 신호와 수신기에 들어온 신호의 시간차를 측정하면 위성과 수신기 사이의 거리를 구할 수 있습니다. 각 위성의 위치와 거리를 알게 되면 삼변측량 같은 방법을 이용해 오차범위 30~100m 정도로 위도'경도'고도 등 3차원의 좌표값을 얻을 수 있습니다. 이렇게 얻어진 좌표값은 네비게이션용으로 제작된 전자지도와 매칭 작업을 거쳐 네비게이션 화면에 현재 위치로 표시됩니다.
학문 / 기계공학
23.11.14
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망원경의, 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.망원경은 대물렌즈나 반사거울을 이용하여 물체로부터 나오는 빛을 모아 상을 만들고, 이 상을 아이피스(접안렌즈)로 확대해서 실제보다 크게 보이도록 하는 기구입니다. 대물렌즈가 크면 클수록 물체로부터 나오는 빛을 많이 받게 되므로 상의 밝기가 증가합니다. 밤하늘의 대상들은 그 거리가 무한대로 볼 수 있으므로 상은 항상 대물렌즈의 초점상에 맺히게 됩니다. 그러므로 대물렌즈에 의한 상의 크기가 크고 아이피스의 초점거리가 짧을수록 물체를 크게 확대시켜 볼 수 있습니다.
학문 / 지구과학·천문우주
23.11.14
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하이퍼루프의 과학적 원리가 궁금해요.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.하이퍼루프의 구조를 쉽게 이해하려면 ‘자기부상열차’를 떠올리면 됩니다. 열차 바닥과 레일에 자석이 달려있어, 서로 같은 극은 밀고, 다른 극은 당기며 앞으로 나가는 자기부상열차가 진공상태의 터널로 마치 미사일처럼 발사되어 빠르게 이동하는 것이 하이퍼루프의 구동 원리입니다. 인천공항과 중국 상하이의 자기부상열차는 차량을 트랙으로 당기는 방식, 일본의 SCMaglev 자기부상열차는 차량을 트랙으로부터 밀어내는 방식을 차용하고 있습니다. 어떤 방식이든 트랙과의 마찰 없이 부상하여 이동하기 때문에, 유지보수가 최소화된다는 장점이 있으며, 이는 하이퍼루프도 마찬가지입니다. 빠르다는 것 외에, 하이퍼루프가 승객의 입장에서 일반 열차와 다른 점이 있다면, 하이퍼루프는 공기 저항과 무게를 최소화하기 위해 캡슐 형태를 하고 있고, 창문이 없다는 정도. 하이퍼루프의 각 부분별 명칭은 다소 생소할 수 있는데, 레일은 ‘트랙’(Track), 터널은 ‘튜브’(Tube), 차량은 ‘포드’(Pod)라고 불립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
23.11.14
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고여있는 물도 썩을 수가 있나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.물이 1년 정도 온수통에 있었으면 썩었을 수도 있습니다.고인 물이든 흐르는 물이든 썩을 조건이 되면 썩는 것입니다. 물이 썩는다는 것을 과학적으로 설명하면 산소가 모자란 상태(혐기성)에서 미생물이 물 속에 있는 유기물을 분해하면서 메탄이나 황화수소와 같은 냄새나는 부산물을 발생시키는 현상입니다.
학문 / 화학
23.11.14
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모기가 물렸을때 바르는 물파스는 어떤 화학적 성분인가요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.물파스는 단순히 파스의 역할 외에도 여름철이면 모기같은 벌레물린 곳에 바르는 데 쓰이기도 하는데, 물파스의 진통효과가 벌레 물린 곳에도 효과가 있기 때문에 가려움을 완화해주는 것입니다.하지만 모기를 비롯한 벌레에 물렸을 때 간지러운 것은 벌레가 피를 빨면서 혈액이 굳고 인간이 눈치채는 것을 막기 위해 히스타민을 주입하기 때문인데, 물파스에는 벌레 물린데 쓰는 전용 제품과는 달리 항히스타민제가 들어있지 않기 때문에 가려움을 줄여주는 효과가 전용 제품들에 비해 떨어지고, 그렇기 때문에 벌레 물린 곳에는 전용 제품을 쓰는 것이 가려움을 더 줄여줄수 있습니다.물론 물파스가 벌레물린 곳에 효과가 없는건 아니고, 손톱으로 십자 상처를 내고 침으로 바르는 등의 민간요법보다 확실히 안전하기 때문에 물파스를 벌레 물린 곳에 바르면 나쁜 것은 아닙니다. 감기에 걸렸을 때 감기약이 아니라 진통제만 먹어도 효과가 있는 것처럼 일단 도움은 되기 때문입니다. 일반 물파스의 주요 성분은 진통 작용을 하는 살리실산메틸로, 관절염 등의 통증을 줄이는 데 더 적합하지만, 반면 모기용 전용 제품들의 주요 성분은 항히스타민제인 디펜히드라민과 국소 마취제인 디부카인으로, 각각 부어오름과 가려움을 완화시키고 국소마취로 가려움증을 마취시켜줍니다.
학문 / 화학공학
23.11.13
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김치도 과학이다하는데 김치냉장고의 원리가 무엇인가요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.김치 냉장고는 전통 김장독의 김치 숙성·보관 원리를 현대 기술로 구현했습니다. 김장철인 11월 하순 땅속 온도는 평균 섭씨 5도 수준. 12월 초순부터 이듬해 2월까지는 섭씨 0도~영하1도 사이에서 유지됩니다. 이러한 온도 유지가 전통 김장독의 김치 숙성·보관 원리입니다.겨울철 땅속에 묻힌 김장독은 냉기 유출을 차단하고 외부 공기 접촉을 최소화해 김장독 내부 온도를 땅속과 비슷한 0도~영하 1도 사이로 유지합니다. 땅속의 냉기가 김장독 자체를 냉각시키는 ‘직접 냉각 방식’인 셈입니다. 김치 냉장고도 저장실 외부를 냉각코일로 감싸서 코일에서 흐르는 냉기로 저장실을 직접 냉각합니다. 김치 냉장고의 저장실이 김칫독이라면, 코일이 겨울철 차가운 땅속 역할을 합니다. 직접 냉각 방식은 온도를 유지하는 정온성이 좋고 수분 증발이 없어 식품을 신선하게 오래 보관할 수 있습니다.
학문 / 전기·전자
23.11.13
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선박엔진을 전기차처럼 바꿀수 있나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.통상 배는 디젤 연료와 천연가스(LNG) 연료를 사용해 엔진으로 운항하는데, 에너지저장시스템(ESS)을 연결해 동력이 하나 더 생겼습니다. 기존과 마찬가지로 ①엔진만 사용하거나 ②배터리만 돌려 운항하거나 또는 ③이 두 가지를 모두 활용할 수도 있습니다. 이처럼 저탄소·고효율 기술을 적용해 기존 디젤 엔진 대비 이산화탄소 배출량을 약 40% 줄였고, 에너지 소비도 최적화할 것으로 기대됩니다.
학문 / 전기·전자
23.11.13
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한국사람은 왜 암내가 나는 유전자가 매우적을까요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.한국인이 비교적 액취가 적게 나는 것은 한 연구결과에서도 밝혀진 사실이 있습니다. 겨드랑이 땀 냄새인 일명 ‘암내’는 아포크린(Apocrine) 땀샘에서 분비되는 화학물질이 불포화 지방산과 박테리아 등과 만나 생깁니다. 그런데 이 아포크린 땀샘 분비가 활발한 G유전자를 가진 사람이 한국인 중에 많지 않기 때문이라고 합니다.
학문 / 생물·생명
23.11.13
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정수기가 작동하는 원리에 대해서 궁금합니다.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.정수기의 원리를 알아보기 전, 우선 삼투 현상에 대해 알아야 하는데요. 삼투 현상은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 현상입니다. 목욕탕에서 나왔을 때 손가락을 보면 주름이 생겨 있던 경험들 다들 해보셨을 텐데요. 사람의 체액은 목욕탕의 물의 농도보다 높아, 몸 밖의 물이 우리 몸으로 들어오면서 붓게 돼 주름이 생기는 거죠. 이렇게 물이 이동할 수 있는 반투막을 사이에 두고 물이 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높은 쪽으로 옮겨갈 때 생기는 압력을 ‘삼투압’이라고 합니다.그렇다면 이제는 정수기에 적용되는 과학 원리에 대해 알아볼까요? 우리가 마실 깨끗한 물은 오염된 물보다 농도가 낮습니다. 이 때문에 자연적으로 일어나는 삼투 현상에서는 물의 이동이 깨끗한 물에서 오염된 물로 옮겨가죠. 이렇게 되면 오염된 물만 늘어나게 됩니다. 때문에, 물을 정수하기 위해서는 삼투 현상의 반대가 일어나야 합니다.물을 깨끗하게 하는 정수 과정에는 ‘역삼투’ 현상이 일어나는데요. 삼투압보다 더 높은 압력을 삼투압의 반대 방향으로 작용해, 순수한 물이 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르게 되는 현상입니다. 이때 작용하는 압력을 ‘역삼투압’이라고 합니다.
학문 / 화학
23.11.13
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봄,여름,가을,겨울 각 4계절의 밤낮의 차이가 나는 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.계절마다 다른 태양의 남중고도는 달라집니다. 그것은 지구의 자전축이 23.5도 기울어져 있기 때문입니다. 기울어진 자전축 때문에 태양의 고도는 여름과 겨울에 47도쯤 차이가 나게 됩니다.태양의 고도가 높아지는 여름에는 태양이 떠 있는 시간이 길어지면서 낮의 길이 또한 길어지게 됩니다. 반면 태양의 고도가 낮아지는 겨울에는 태양이 떠 있는 시간도 줄어들면서 낮의 길이 또한 짧아지고 그에 반해 밤의 길이는 늘어나게 되는 것입니다.
학문 / 지구과학·천문우주
23.11.13
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