안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
생물·생명
Q. 물고기들이 자유자재로 물속으로 가라앉았다가 위로 떠오르는 원리는 무엇인가요
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.물고기들이 자유자재로 물속으로 가라앉았다가 위로 떠오르는 원리는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.첫 번째는 부력입니다. 물고기는 물보다 밀도가 낮기 때문에, 물에 뜨는 부력을 받습니다. 부력은 물의 밀도와 물고기의 부피에 따라 결정됩니다. 물의 밀도가 높을수록, 물고기의 부피가 클수록 부력이 커집니다.두 번째는 지느러미입니다. 물고기는 지느러미를 이용하여 물의 흐름을 조절하여 가라앉거나 떠오를 수 있습니다. 등지느러미, 꼬리지느러미, 가슴지느러미, 배지느러미를 이용하여 방향 전환, 제동, 속도 조절 등을 할 수 있습니다.물고기들은 이러한 부력과 지느러미를 조절하여 물속에서 자유롭게 이동할 수 있습니다.물고기가 가라앉는 원리는 다음과 같습니다.물고기가 아가미를 통해 물을 흡입하면, 물고기의 몸 안에 공기가 들어오면서 부피가 커집니다.부피가 커지면 부력이 커져 물고기가 가라앉게 됩니다.물고기가 떠오르는 원리는 다음과 같습니다.물고기가 아가미를 통해 물을 내뿜으면, 물고기의 몸 안에 공기가 빠져나가면서 부피가 작아집니다.부피가 작아지면 부력이 작아져 물고기가 떠오르게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주비행선은 1명이 조정하는 것인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.일반적으로 우주비행선은 1명이 조정하는 것이 맞습니다. 우주비행선은 탑승 인원이 적고, 조종에 필요한 장비가 간단하기 때문에 1명이 충분히 조종할 수 있습니다.하지만, 우주선의 크기와 목적에 따라 2명 이상이 조종하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 국제우주정거장(ISS)으로 가는 우주선은 2명이 조종합니다. ISS는 크기가 크고, 다양한 임무를 수행해야 하기 때문에 2명이 조종해야 안전하고 효율적으로 운용할 수 있습니다.또한, 우주선이 자동 조종 기능을 갖추고 있는 경우에도 1명이 조종할 수 있습니다. 자동 조종 기능은 우주선의 이륙, 비행, 착륙 등을 자동으로 수행하는 기능입니다. 하지만, 자동 조종 기능은 모든 상황에 대처할 수 있는 것은 아니기 때문에, 우주비행사가 항상 모니터링을 해야 합니다.따라서, 우주비행선은 일반적으로 1명이 조정하지만, 우주선의 크기와 목적에 따라 2명 이상이 조종하거나, 자동 조종 기능을 사용하는 경우도 있습니다.최근에는 우주선의 자동 조종 기술이 발전하면서, 1인 우주비행이 가능해지고 있습니다. 2023년 10월 현재, 1인 우주비행을 성공적으로 수행한 우주비행사는 없습니다. 하지만, 2024년에는 스페이스X의 스타십을 이용한 1인 우주비행이 예정되어 있습니다.
토목공학
Q. 수력 발전소의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.수력 발전소는 댐을 통해 하천의 물을 저수지 안에 가두고, 그 물을 터빈을 돌려 전기를 생산하는 발전소입니다.수력 발전소의 원리는 다음과 같습니다.댐을 통해 하천의 물을 저수지 안에 가둡니다.저수지 안에 가두어진 물이 터빈을 돌립니다.터빈이 발전기를 돌려 전기를 생산합니다.수력 발전소는 자연 에너지를 이용하기 때문에 화석 연료를 사용하지 않아 환경 오염을 줄일 수 있는 장점이 있습니다. 또한, 연료비가 저렴하고 발전 효율이 높아 경제적입니다.수력 발전소는 크게 댐이 있는 수력 발전소와 댐이 없는 수력 발전소로 나눌 수 있습니다. 댐이 있는 수력 발전소는 하천의 물을 저수지 안에 가두기 위해 댐을 건설해야 하기 때문에 건설 비용이 많이 들지만, 발전 효율이 높습니다. 댐이 없는 수력 발전소는 댐을 건설할 필요가 없기 때문에 건설 비용이 적게 들지만, 발전 효율이 낮습니다.수력 발전소는 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 재생 에너지 발전 방식입니다. 2021년 기준으로 전 세계 전력 생산량의 약 16%를 수력 발전이 차지하고 있습니다.
화학
Q. 지구 온난화의 주범으로 탄소를 뽑고 있는데, 왜 탄소가 지구 온난화를 일으키는 건가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.탄소는 지구 온난화의 주범으로 지목되는 이유는 탄소가 온실가스의 일종이기 때문입니다. 온실가스는 태양으로부터 들어오는 짧은 파장의 복사에너지를 통과시키는 반면 지구로부터 나가려는 긴 파장의 복사에너지를 흡수하여 지구를 보온하는 역할을 합니다.자연 상태에서는 대기 중의 온실가스 농도가 일정하게 유지되어 지구의 평균 온도를 15℃ 정도로 유지합니다. 하지만 인간의 활동으로 인해 화석연료가 연소되면서 대기 중의 온실가스 농도가 급격하게 증가하고 있습니다. 이로 인해 지구는 온실 효과가 증가하여 평균 온도가 상승하게 됩니다.탄소는 온실가스 중에서도 가장 대표적인 물질입니다. 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료는 탄소를 주성분으로 하고 있기 때문에 연소 시 대기 중으로 많은 양의 이산화탄소를 배출하게 됩니다.이외에도 산림 벌채, 농업 활동, 산업 활동 등도 온실가스 배출에 기여합니다. 하지만 화석연료 사용이 지구 온난화의 주된 원인으로 지목되는 이유는 화석연료의 사용량이 매우 크기 때문입니다.따라서 지구 온난화를 해결하기 위해서는 화석연료 사용을 줄이고 재생에너지 사용을 확대하는 것이 중요합니다. 또한, 산림 벌채를 줄이고 농업 활동에서 발생하는 온실가스 배출을 줄이는 노력도 필요합니다.
지구과학·천문우주
Q. 오로라가 나타나는 것은 어떤 과학적인 원리가 있나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.오로라는 태양에서 방출된 플라즈마 입자(전자 또는 양성자)가 지구 대기권 상층부의 자기장과 마찰하여 빛을 내는 광전(光電) 현상입니다.태양은 항상 플라즈마 상태의 가스 구름으로 이루어져 있습니다. 이 플라즈마는 태양 표면에서 폭발하여 지구로 향하는 태양풍을 형성합니다. 태양풍은 지구 자기장에 의해 끌어당겨지면서 지구 대기권 상층부에 도달합니다.지구 대기권 상층부는 공기가 매우 희박하여 전리층이라고 불립니다. 전리층은 태양에서 방출된 전자기파를 반사하는 역할을 합니다. 태양풍에 의해 가속된 전자와 양성자는 전리층과 충돌하면서 들뜬 상태가 됩니다. 들뜬 전자는 다시 낮은 에너지 준위로 떨어지면서 빛을 내는데, 이 빛이 바로 오로라입니다.오로라의 색깔은 충돌하는 입자의 종류와 에너지에 따라 다릅니다. 산소 원자는 녹색, 적색, 보라색 빛을 내고, 질소 분자는 푸른색 빛을 냅니다.오로라는 지구 자기장의 영향을 받기 때문에, 지구의 극지방에서 주로 관측됩니다. 또한, 태양 활동이 활발할 때는 오로라가 더 강하게 나타납니다.오로라는 지구의 대기와 자기장을 보호하는 역할을 합니다. 태양풍에 의해 방출된 고에너지 입자는 지구 대기와 충돌하면서 오로라를 생성하는 동시에, 지구 대기를 파괴할 수 있는 에너지를 흡수합니다.오로라는 지구의 아름다운 자연 현상 중 하나입니다. 오로라는 밤하늘에 펼쳐지는 신비로운 빛의 향연으로, 많은 사람들에게 감동을 선사합니다.