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힘은 충격 순간에만 작용하는건가요?
안녕하세요. 질문한 내용은 뉴턴의 운동 제 2법칙(F = ma)과 관련이 깊습니다. 공을 발로 찼을 때, 발이 공에 닿아있는 순간에만 힘이 가해지며, 발이 공에서 떨어진 이후에는 그 힘이 더 이상 공에 작용하지 않습니다. 즉, 힘은 물체가 직접 접촉하여 영향을 미치는 동안에만 작용하며, 발이 공을 떠난 이후에는 가속도를 발생시키는 외부 힘이 없으므로 공에 대한 순수한 외력이 0이 됩니다. 발이 공을 차는 순간에 가해진 힘은 공에 일정한 속도의 변화(가속도)를 유발하고, 이로 인해 공은 일정한 속도로 날아가게 됩니다. 발이 공에 닿아 있을 때 힘이 공에 순간적인 충격을 주어 운동량을 변화시키며, 발이 공에서 떨어진 후에는 힘이 더 이상 작용핮 ㅣ않으므로 공은 등속 직선 운동을 하게 됩니다. 즉, 힘은 충격이 발생한 순간에만 작용하고, 그 이후에 더 이상 물체에 영향을 미치지 않습니다. 공이 발에서 떨어진 이후의 운동은 뉴턴의 제 1법칙에 따라 관성에 의해 등속 운동을 하게 되며, 이는 공이 계속해서 가속 운동을 하지 않는 이유입니다.
학문 / 물리
24.10.25
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뇌의 시냅스가 무엇이며 무슨 역할을 하나요
안녕하세요. 시냅스(synapse)는 뇌의 신경세포(뉴런, neuron)간에 정보가 전달되는 접합부로, 신경계의 기능에 있어 핵심적인 역할을 담당합니다. 시냅스는 두 뉴런 사이에 존재하며, 한 뉴런의 축삭돌기(axon terminal) 말단과 다른 뉴런의 수상돌기(dendrite) 또는 세포체 사이에 위치합니다. 이 시냅스를 통해 뉴런 간 신호가 전달되며, 이를 통해 정보가 뇌와 신체를 통해 이동하게 됩니다. 시냅스는 크게 시냅스 전 뉴런(presynaptic neuron), 시냅스 틈(synaptic cleft), 시냅스 후 뉴런(postsynaptic neuron)입니다. 시냅스 전 뉴런은 신호를 보내는 역할을 하며, 시냅스 후 뉴런은 신호를 받는 역할을 합니다. 신경 신호가 시냅스 전 뉴런의 축삭돌기 말단에 도달하면, 이곳에서 신경전달물질(neurotransmitters)이 방출됩니다. 신경 신호가 시냅스 전 뉴런에 도달하면, 축삭돌기 말단에 있는 소포(vesicles)에서 신경전달물질이 방출되어 시냅스 틈으로 확산됩니다. 이러한 신경전달물질은 아세틸콜린(acetylcholine), 도파민(dopamine), 세로토닌(serotonin)과 같은 물질로, 각각의 신경전달물질은 특정한 기능을 수행합니다. 이 신경전달물질은 시냅스 틈을 지나 시냅스 후 뉴런의 수용체에 결합하여, 전기적 신호를 다시 생성하거나 억제하여 신호가 전달될지 여부를 결정합니다. 시냅스는 뇌에서 정보가 신속하고 정확하게 전달될 수 있도록 하며, 감정, 기억, 학습, 운동 조절 등 여러 복잡한 기능을 조절합니다. 특히 시냅스의 가소성(synaptic plasticity)은 학습과 기억에 중요한 역할을 하는데, 이는 시냅스가 자극을 받을 때마다 연결이 강화되거나 약화되는 특성입니다. 반복적인 자극이 시냅스를 강화시켜 특정 정보를 장기적으로 저장할 수 있게 하는데, 이를 시냅스 강화(long-term potentiation)라고 합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.25
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까마귀가 인간을 활용하고 잘 지내는 배경이 무엇인가요
안녕하세요. 까마귀가 인간과 긴밀한 상호작용을 유지하고 그들의 환경을 활용하는 배경은 주로 까마귀의 높은 인지능력과 학습 능력에서 비롯됩니다. 까마귀는 동물 중에서도 특히 뛰어난 지능을 갖고 있으며, 인간과의 상호작용에서 이를 효과적으로 사용합니다. 이들은 자연 환경뿐 아니라 도시 환경에서도 도구 사용, 문제 해결 능력을 발휘하여 자원을 얻고 있습니다. 까마귀는 주로 인간 주변에서 얻을 수 있는 안정적인 먹이 자원을 적극 활용합니다. 예를 들어, 도시 쓰레기 처리장, 공원, 식당가 등에서 발생하는 음식물 쓰레기를 쉽게 발견하고, 이러한 장소를 주기적으로 방문하여 먹이를 얻습니다. 일부 연구에서는 까마귀 특정 소리(ex : 쓰레기 수거 트럭 소리)와 같은 신호를 인식하고 이 소리에 따라 먹이가 있는 장소를 예측하며 이동하는 능력도 확인되었습니다. 이러한 행동은 까마귀의 뛰어난 문제 해결 능력과 학습력을 입증합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.25
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Amorphous polymer에 대해 궁금합니다.
안녕하세요. 비정질 고분자(Amporphous polymer)는 결정구조가 불규칙하고, 분자들이 무작위로 배치되어 있어, 광학적 특성이 결정성 고분자와 다릅니다. 비정질 고분자는 결정성 고분자와 달리 규칙적인 결정 구조가 없기 때문에, 빛이 통과할 때 산란(scattering)이 상대적으로 적게 발생합니다. 일반적으로 결정 구조는 빛의 경로에 불규칙성을 제공하여 산란을 유발하는데, 비정질 고분자에서는 이러한 결정 구조의 불규칙성이 없으므로 빛의 산란이 적습니다. 이는 비정질 고분자가 투명한 특성을 갖게 되는 주요 원인 중 하나입니다. 결정 구조가 없다면 빛은 고분자 내부를 방해받지 않고 통과할 수 있기 때문에, 100% 비정질 구조를 가지는 고분자는 투명해집니다. 예를 들어, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 비정질 고분자는 높은 투명성을 나타내며, 유리와 같은 역할로 사용됩니다. 반면, 결정성이 일부 존재하거나 미세한 결정체가 섞여 있는 경우에는 그 결정들이 빛을 산란시켜 불투명하거나 혼탁해질 수 있습니다.
학문 / 화학
24.10.25
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담배가 해로운 영향을 주기 시작하면 초기에 영향을 받는곳이 어느 곳이 있을까요?
안녕하세요. 담배를 피우기 시작했을 때, 가장 먼저 영향을 받는 신체 부위는 호흡기계입니다. 특히 폐가 가장 심대한 영향을 받습니다. 담배 연기에는 수천 가지의 유해 화학물질이 포함되어 있으며, 이 중에는 니코틴, 타르, 일산화탄소 등 다양한 독성 물질이 포함되어 있습니다. 담배 연기가 신체에 들어가면서 가장 먼저 접촉하는 곳은 앞에서 설명했듯이 호흡기계 입니다. 연기 속의 유해물질은 기도와 기관지에 직접적인 자극을 주며, 점막을 손상시켜 염증 반응을 유발할 수 있습니다. 폐포(alveoli)는 산소교환이 일어나는 주요 부위로, 담배 연기 속의 타르와 기타 입자가 이 부위에 쌓이면서 폐의 기능이 서서히 저하됩니다. 이는 만성폐쇄성폐질환(COPD)과 같은 질환의 발병으로 이어질 수 있습니다. 폐는 가장 직접적인 영향을 받는 부위이며, 시간이 지남에 따라 폐기종, 기관지염, 폐암과 같은 심각한 호흡기 질환이 발생할 수 있습니다. 간접흡연(secondhand somoke)은 흡연자가 내뿜는 담배 연기나, 담배가 탈 때 발생하는 주변 연기를 흡입하는 것으로, 간접흡연도 직접 흡연과 유사한 방식으로 호흡기계, 심혈관계, 구강 등 다양한 신체 부위에 부정적인 영향을 미칩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.25
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바다 바닥과 접촉한 물체에 작용하는 부력의 방향
안녕하세요. 물체가 물에 잠겨 있을 때, 물체가 받는 부력은 물의 압력 차이로 인해 발생하는 힘입니다. 이 부력은 아래에서 위로 작용하는 힘으로, 물체가 물에 잠기면 언제나 위로 작용하게 됩니다. 이는 아르키메데스의 원리(Archimedes` principle)에 기반한 기본적인 물리적 법칙입니다. 부력의 크기는 물체가 밀어낸 물의 무게와 동일하며, 이 힘은 물체의 윗면과 아랫면의 압력차로부터 발생합니다. 물체가 물에 잠길 경우, 아랫면은 더 깊은 곳에 위치하므로 그만큼 더 높은 압력을 받습니다. 반면 윗면은 상대적으로 낮은 압력을 받습니다. 이러한 압력 차이로 인해 물체는 위로 밀려나게 됩니다. 이제 질문 주신 상황의 경우를 가정해보면, 물체가 바다 바닥에 닿아 가라앉아 있으면, 아랫면은 물과 접촉하지 않게 되어 아랫면에 작용하는 물의 압력(부력에 기여하는 압력 차이)이 존재하지 않습니다. 그 결과, 부력은 물체의 아랫면에 더 이상 작용하지 않고, 윗면에만 물의 압력이 작용하게 됩니다. 그러나 ,부력은 여전히 위쪽 방향으로 남아있습니다. 왜냐하면, 물체의 윗면에 작용하는 수압과 바다 바닥의 반작용(지지력)이 서로 균형을 이루기 때문입니다. 따라서 바다 바닥에 닿은 물체의 경우, 아랫면에서 부력이 발생하지 않더라도 부력의 본질적인 방향은 항상 위쪽입니다. 아랫방향으로의 힘은 부력이 아닌, 물체의 무게에 의한 중력에 해당하는 것입니다.ㅁ 결론적으로, 물체가 바닥에 닿으면 아랫면에서는 부력이 없고, 상쇄되는 수평 방향의 힘도 존재하지 않으므로 부력은 여전히 위쪽 방향으로 작용합니다.
학문 / 물리
24.10.25
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우리몸의 체온이 올라가면 땀이 나오는 메카니즘은 무엇인가요?
안녕하세요. 체온이 상승할 때 땀이 분비되는 과정은 체온 조절 기작(thermoregulation)의 일환으로, 우리 몸의 항상성을 유지하는 중요한 생리적 반응입니다. 이 과정은 신경계와 자율신경계(autonomic nervous system)가 관여하는 복잡한 메커니즘을 통해 이루어집니다. 땀의 분비는 신체가 과도한 열을 방출하여 체온을 일정하게 유지하려는 반응으로, 주로 교감신경계(sympathetic nervous system)가 활성화되며 진행됩니다. 운동, 스트레스 또는 외부 환경의 열로 인해 체온이 상승하면 우리 몸의 시상하부(hypothalamus)가 이를 감지합니다. 시상하부는 체온 조절의 중추 역할을 하는 뇌의 한 부분으로, 체온을 정상 범위로 유지하기 위해 신경 신호를 보내기 시작합니다. 시상하부는 체내 온도 변화에 민감하게 반응하여 즉각적인 조치를 취합니다. 시상하부는 교감신경계를 통해 신체의 여러 부위에 신호를 전달합니다. 이때 교감신경계는 땀샘(sweat glands)에 신호를 보내 땀을 분비하도록 합니다. 특히 에크린 땀샘(eccrine sweat glands)은 피부 전반에 분포하고 있으며, 땀의 분비에 가장 중요한 역할을 합니다. 교감신경계에서 분비되는 아세틸콜린(acetylcholine)이라는 신경전달물질이 땀샘을 자극하여 땀을 분비하게 됩니다. 땀샘은 땀을 피부 표면으로 방출합니다. 땀은 대부분이 물로 이루어져 있으며, 그 외에 소량의 여분, 전해질(나트륨, 칼륨 등)도 포함되어 있습니다. 땀이 피부 표면에 도달하면, 이 땀이 증발하면서 증발냉각(evaporative cooling)이 일어납니다. 땀의 증발은 주위의 열을 흡수하여 액체가 기체로 변하는 과정에서 열을 빼앗아가므로, 피부 표면과 몸 전체의 온도가 낮아지게 됩니다. 이 과정은 체온을 일정하게 유지하는데 중요한 역할을 합니다. 땀 분비와 함께, 체온이 상승하면 피부의 혈관이 확장되어 더 많은 혈액이 피부 표면 근처로 흐르게 됩니다. 이를 혈관 확장(vasodilation)이라고 하며, 더 많은 열이 체외로 방출되도록 도와줍니다. 혈관 확장은 피부 표면에서 발생하는 냉각 작용을 극대화시키며, 열이 빠르게 분산될 수 있게 합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.25
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고대사람들은 왜 상대적으로 충치를 왜 많이 없었을까요
안녕하세요. 고대인들에게서 상대적으로 충치가 덜 발견되는 현상은 그들의 식습관과 생활환경에 의한것으로 설명이 가능합니다. 충치(치아우식증, dental caries)는 주로 구강 내 박테리아가 당분을 발효하여 생성한 산(acid)이 치아의 법랑질을 침식하면서 발생하는데, 고대인들의 식단은 오늘날과 매우 달랐습니다. 고대인은 가공된 설탕이나 정제 탄수화물을 거의 섭취하지 않았습니다. 현대사회에서 충치를 유발하는 주된 원인은 이러한 가공된 당분인데, 고대인들은 주로 자연 상태의 음식(채소, 과일, 견과류, 고기 등)을 섭취했기 때문에 구강 내 박테리아가 산을 생성할 수 있는 기회가 적었습니다. 또한 고대인은 거친 섬유질이 풍부한 음식을 많이 섭취했는데, 이러한 음식은 자연적으로 치아를 마찰하여 플라그(plaque)와 음식물 찌꺼기를 제거하는 역할을 했습니다. 이로 인해 치아에 산을 생성할 기회가 줄어들어 충치가 덜 발생하게 됩니다. 현대사회에서는 가공된 식품을 섭취하는 빈도가 높고, 설탕이 많이 포함된 음식이 일상적으로 소비되므로, 충치의 발생 가능성이 높아진 것입니다. 이와 함께 고대인들의 생활 방식도 영향을 미쳤을 것으로 보고 있습니다. 현대인의 기대수명은 고대인들에 비해 훨씬 길기 때문에, 고령에서 발생하는 충치나 치주 질환가 같은 문제들이 고대 사회에서는 상대적으로 적었을 가능성이 큽니다. 실제로, 고대인들이 40대에 접어들기 전에 사망하는 경우가 많았기 때문에, 성인이 되어서 발생할 수 있는 충치나 치주 질환의 빈도가 낮았을 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.10.25
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항온동물은 어떠한 원리로 계속 온도를 유지하나요?
안녕하세요. 항온동물 또는 온혈동물(hemeotherms)은 외부 환경 온도에 관계없이 체온을 일정하게 유지할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이 능력은 체온 조절 기작(thermoregulation)에 의해 이루어지며, 주로 대사적, 생리적 반응과 신경 조절에 의해 조정됩니다. 체온은 일정하게 유지하는데 중요한 생화학적 반응과 세포들은 다양한 역할을 하며, 이러한 과정들은 신체의 에너지 대사 및 열 생산과 관련이 있습니다. 항온동물은 내부 대사 과정(Metabolism)을 통해 열을 발생시킵니다. 특히, 세포 호흡(cellular respiration)은 주요한 열 생산 과정입니다. 세포 호흡은 영양소를 산화하여 ATP를 생성하는 과정에서 에너지가 방출되며, 이 에너지의 일부가 열로 변환되어 체온을 유지하는데 사용됩니다. 미토콘드리아에서 일어나는 이 과정은 체온 유지의 핵심 기작입니다. 또한, 특정 조직(갈색지방세포, brown adipose tissue)은 열을 생성하는데 중요한 역할을 하며, 이를 비떨림 열 발생(non-shivering thermogenesis)이라고 합니다. 갈색지방세포는 항온동물의 체온 조절에 있어 중요한 세포입니다. 이 세포는 일반적인 백색지방세포와 달리 열을 직접적으로 생성할 수 있습니다. 갈색지방세포에는 다량의 미토콘드리아가 포함되어 있어, 탈공역 산화반응(uncoupled oxidative phosphorylation)을 통해 ATP를 생산하지 않고 열을 방출합니다. 이 과정은 UCP-1(탈공역 단백질 1, uncoupling protein 1)이라는 단백질이 관여하며, 갈색지방세포는 주로 추운 환경에서 활성화됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.25
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락스가 곰팡이를 죽이는 화학적 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 차아염소산 나트륨(NaOCl)의 곰팡이 제거 원리는 주로 산화 작용(oxidation)에 기반합니다. 락스의 주성분인 차아염소산나트륨은 물에 녹으면 차아염소산(HOCl)과 수산화 나트륨(NaOH)으로 분해됩니다. 여기서 공팡이를 제거하는 주요 활성 성분은 차아염소산입니다. 차아염소산은 매우 강력한 산화제로, 곰팡이의 세포 구조를 산화시키고 파괴하는 능력이 있습니다. 차아염소산은 곰팡이 세포의 외부 세포벽과 세포막을 산화시켜 그 구조적 무결성을 손상시킵니다. 특히 세포막의 지질 성분이 산화되어 막의 투과성이 증가하고, 세포 내부의 물질 이동이 제어되지 않으면서 세포가 손상됩니다. 또한 차아염소산은 곰팡이 세포 내부의 단백질 및 핵산(DNA와 RNA)을 산화시켜 그들의 기능을 변성시킵니다. 단백질 변성은 곰팡이의 효소 활동을 방해하여 대사 과정을 억제하고, DNA 손상은 곰팡이 세포의 복제 및 생장 능력을 상실하게 만듭니다. 결국 이러한 산화과정은 곰팡이 세포를 사멸시킵니다. 이 과정에서 차아염소산은 산소 원자(O)를 제공하여 곰팡이 세포의 주요 생체분자와 결합하게 됩니다. 이는 활성 산소(reactive oxygen species)라고 불리며, 강력한 산화 작용을 통해 다양한 미생물의 세포를 파괴합니다. 따라서 차아염소산은 곰팡이뿐만 아니라 박테리아나 바이러스 같은 미생물 제거에도 효과적입니다.
학문 / 화학
24.10.25
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