안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
생물·생명
Q. 근수축시 A대, I대, H대 길이의 변화는?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.근수축은 근육 원섬유의 근절(sarcomere) 단위가 짧아지는 현상입니다. 근절은 액틴(actin) 필라멘트와 마이오신(myosin) 필라멘트가 서로 겹쳐있는 구조로 이루어져 있습니다. 근수축이 일어날 때, 미오신 필라멘트의 미오신 머리(myosin head)가 액틴 필라멘트의 활성 부위(active site)에 결합하여 ATP를 분해하고, 그 에너지를 사용하여 액틴 필라멘트를 마이오신 필라멘트 사이로 미끄러뜨립니다. 이로 인해 근절의 길이가 짧아지게 됩니다.근수축 시 A대, I대, H대의 길이 변화는 다음과 같습니다.A대는 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트가 모두 겹쳐 있는 부분입니다. 근수축 시 A대의 길이는 변하지 않습니다.I대는 액틴 필라멘트만 있는 부분입니다. 근수축 시 I대의 길이는 짧아집니다.H대는 마이오신 필라멘트만 있는 부분입니다. 근수축 시 H대의 길이는 짧아집니다.즉, 근수축 시 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트가 서로 겹치는 부분인 A대의 길이는 변하지 않고, 액틴 필라멘트만 있는 I대와 마이오신 필라멘트만 있는 H대의 길이는 짧아집니다.
화학
Q. 불꽃놀이할 때 불꽃색깔은 어떻게 다를 수 있나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.불꽃놀이의 색깔은 불꽃의 재료에 포함된 금속 원소에 따라 결정됩니다. 금속 원소는 불에 탈 때 특정 색깔의 빛을 냅니다. 예를 들어, 나트륨은 노란색, 스트론튬은 빨간색, 칼륨은 보라색, 칼슘은 주황색, 바륨은 황록색의 빛을 냅니다.불꽃놀이는 크게 두 가지 재료로 만들어집니다. 하나는 불을 붙이는 화약이고, 다른 하나는 색깔을 만드는 금속 성분입니다. 화약은 질산칼륨, 황, 목탄으로 이루어져 있습니다. 질산칼륨은 산소를 공급하고, 황과 목탄은 연료를 제공합니다.불꽃놀이는 다음과 같은 과정으로 만들어집니다.먼저 화약과 금속 성분을 혼합합니다.혼합물을 작은 알갱이로 부수어 분말화합니다.분말화된 혼합물을 종이로 감싸서 폭죽을 만듭니다.폭죽은 발사대에 장착되어 하늘로 발사됩니다. 폭죽이 공중에서 터지면, 화약이 폭발하면서 금속 성분이 공기 중에 흩어집니다. 금속 성분은 공기 중의 산소와 반응하면서 불꽃을 내뿜습니다.
생물·생명
Q. 오스트랄로 피테쿠스 이전의 종들은 인류가 아닌가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.이전의 종들은 인류라고 인정받지 못합니다. 인류의 정의는 학자들마다 다르지만, 일반적으로 다음과 같은 조건을 충족해야 합니다.두 발로 걸을 수 있어야 한다.도구를 사용할 수 있어야 한다.사회적 행동을 할 수 있어야 한다.사헬란트로푸스 차덴시스, 오로린 투게넨시스, 아르디피테쿠스 카다바, 아르디페티쿠스 라미두스는 모두 두 발로 걸을 수 있었던 것으로 추정됩니다. 그러나 도구를 사용했다는 증거는 아직 발견되지 않았으며, 사회적 행동에 대한 증거도 부족합니다. 따라서 이들 종은 인류로 인정받지 못합니다.오스트랄로피테쿠스는 위의 조건을 모두 충족하는 것으로 추정됩니다. 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스의 화석에서 도구의 흔적이 발견되었으며, 사회적 행동을 했을 가능성도 높습니다. 따라서 오스트랄로피테쿠스는 인류의 조상으로 인정받고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계 행성중 수성이 낮과 밤 기온차가 많이 나는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.수성이 낮과 밤의 기온차가 큰 이유는 다음과 같습니다.태양에 가까운 위치에 있기 때문입니다. 수성은 태양에서 가장 가까운 행성으로, 태양으로부터의 거리는 약 5800만km입니다. 이는 지구와 태양 사이의 거리의 약 38%에 해당합니다. 태양으로부터의 거리가 가까울수록 태양으로부터 받는 열의 양이 많아지기 때문에, 수성은 낮에는 태양의 열을 많이 받습니다.대기가 없기 때문입니다. 대기는 태양으로부터 오는 열을 가두는 역할을 합니다. 수성은 대기가 매우 희박하여 열을 가두는 능력이 거의 없습니다. 따라서 낮 동안 받았던 열이 밤 동안 우주로 빠져나가면서 기온이 급격히 떨어집니다.수성의 낮 기온은 약 427도까지 올라갈 수 있습니다. 이는 지구의 평균 기온보다 약 370도 높은 온도입니다. 반면, 밤 기온은 약 -173도까지 내려갈 수 있습니다. 이는 지구의 평균 기온보다 약 246도 낮은 온도입니다. 따라서 수성의 낮과 밤의 기온차는 약 600도에 달합니다.
토목공학
Q. 지진을 대비한 내진설계는 어느정도 준비되어있나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.우리나라는 과학 기술강국이지만, 지진에 대비한 내진설계가 부족한 것은 사실입니다. 2023년 6월 기준으로, 우리나라 총 건축물 735만 6천 214동 중 내진 설계가 된 건축물은 98만 4천 502동으로, 전체의 13.4%에 불과합니다.내진설계를 위해서는 건축물의 구조를 강화하고, 부실공사를 방지하기 위한 다양한 안전장치를 설치해야 합니다. 이러한 비용은 건축물의 비용을 증가시키는 요인으로 작용합니다. 따라서 내진설계를 의무화하는 경우, 건축비가 상승할 수 있다는 우려가 있습니다.그러나 지진은 언제 어디서 발생할지 모르는 자연재해입니다. 지진으로 인한 피해를 최소화하기 위해서는 내진설계가 필수적입니다. 따라서 정부와 기업, 국민 모두가 협력하여 내진설계의 중요성을 인식하고, 내진설계를 활성화하기 위한 노력이 필요합니다.
지구과학·천문우주
Q. 피사의 사탑이 기울어지지 않는 이유?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.피사의 사탑이 기울어지지 않는 이유는 크게 두 가지로 설명할 수 있습니다.첫째, 무게중심이 탑의 내부에 있기 때문입니다. 건물이 무너지지 않기 위해서는 무게중심이 건물의 밑면 안에 있어야 합니다. 피사의 사탑은 기울어져 있지만, 무게중심은 여전히 밑면 안에 있습니다. 따라서 기울어져 있더라도 무너지지 않습니다.둘째, 연약한 지반이 오히려 탑을 지탱하는 역할을 하기 때문입니다. 피사의 사탑은 연약한 지반 위에 세워졌습니다. 지반이 연약하면 지진이나 다른 외부 충격에 의해 지반이 침하할 수 있습니다. 그러나 피사의 사탑의 경우, 지반이 침하함으로써 탑이 기울어졌지만, 동시에 탑의 무게를 분산시키는 효과도 가져왔습니다. 따라서 탑이 더 이상 기울어지지 않게 되었습니다.
전기·전자
Q. 노이즈 캔슬링은 어떤 과학적 원리로 작동되나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.노이즈 캔슬링은 소리의 상쇄간섭 현상을 이용한 기술입니다. 소리는 일정한 형태를 갖는 파동의 일종이며, 이와 반대되는 파동을 같은 시간에 발생시키면 서로 상쇄되는데, 이를 상쇄간섭이 일어났다고 합니다.노이즈 캔슬링 이어폰은 내장된 마이크를 통해 주변 소음을 수음하고, 그 소음의 파형을 분석하여 반대 위상의 소리를 생성합니다. 이 반대 위상의 소리는 주변 소음과 만나 상쇄되어 소음을 줄이는 효과를 냅니다.
화학
Q. 매질에 따른 음파의 속도 변화에 대한 궁금증
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.소리는 매질의 밀도와 탄성계수에 따라 전파 속도가 달라집니다. 밀도가 높고 탄성계수가 높은 매질에서 소리가 더 빨리 전파됩니다.공기의 밀도는 1.225 kg/m^3이고, 탄성계수는 1.42 x 10^5 Pa입니다. 물의 밀도는 1,000 kg/m^3이고, 탄성계수는 2.2 x 10^9 Pa입니다. 따라서, 물의 밀도는 공기의 밀도보다 826배 크고, 탄성계수는 158배 큽니다. 따라서, 물에서 소리는 공기에서보다 158배 빠르게 전파됩니다.이외에도 금속과 같은 고체 매질에서는 소리가 공기보다 훨씬 빠르게 전파됩니다. 예를 들어, 철의 밀도는 7,874 kg/m^3이고, 탄성계수는 2.07 x 10^11 Pa입니다. 따라서, 철에서 소리는 공기에서보다 1,700배 빠르게 전파됩니다.
전기·전자
Q. 전기에서 노출도전부는 무엇을 말하는지요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.전기에서 노출도전부는 전기설비의 일부로서 전류가 흐를 수 있는 도전성 부분을 말합니다. 일반적으로 전기설비의 금속 부분이 노출도전부에 해당합니다. 예를 들어, 전기 콘센트의 금속 부분, 전기 스위치의 금속 부분, 전기 배선의 금속 부분 등이 노출도전부에 해당합니다.노출도전부는 사람이 접촉할 수 있는 위치에 있는 경우 감전의 위험이 있습니다. 따라서 노출도전부는 안전하게 보호되어야 합니다. 이를 위해 노출도전부는 접지되어야 합니다. 접지는 노출도전부를 대지와 연결하여 전류가 안전하게 대지로 흐르도록 하는 것입니다.노출도전부가 제대로 접지되지 않은 경우, 전기설비의 절연이 손상되어 전류가 노출도전부로 흐를 수 있습니다. 이 경우 사람이 노출도전부에 접촉하면 감전의 위험에 노출됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 우리가 북극성이라고 부르는 별도 태양같은 행성인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.북극성처럼 반짝이는 별들은 모두 태양처럼 스스로 에너지를 발산하는 천체입니다. 별은 수소와 헬륨과 같은 가스와 먼지로 이루어져 있으며, 그 안에서 핵융합 반응이 일어나면서 에너지가 발생합니다. 핵융합 반응은 두 개의 원자핵이 합쳐져 더 무거운 원자핵이 되는 반응으로, 이 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다.별의 크기와 질량에 따라 핵융합 반응이 일어나는 방식이 다릅니다. 작은 별은 수소가 헬륨으로 융합되는 반응이 일어나며, 큰 별은 수소, 헬륨, 탄소, 질소, 산소 등 다양한 원소들이 융합되는 반응이 일어납니다.북극성은 태양보다 약 2,500배 더 밝은 별로, 질량은 태양의 10배 정도입니다. 북극성의 중심부에서는 수소가 헬륨으로 융합되는 반응이 일어나며, 이 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 별의 표면으로 전달되어 별을 빛나게 합니다.