안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
화학
Q. 축삭돌기 세포막 내부 및 외부의 나트륨과 칼륨의 농도는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.세포막 내부의 나트륨 농도는 세포막 외부의 나트륨 농도보다 약 10~15배 낮고, 세포막 내부의 칼륨 농도는 세포막 외부의 칼륨 농도보다 약 35~37배 높습니다.이러한 농도 차이는 세포막에 존재하는 나트륨-칼륨 펌프에 의해 유지됩니다. 나트륨-칼륨 펌프는 세포막 내부에서 3개의 나트륨 이온을 세포막 외부로 내보내고, 2개의 칼륨 이온을 세포막 내부로 들여오는 방식으로 작동합니다. 이 과정에서 ATP가 에너지원으로 사용됩니다.세포막 내외의 나트륨과 칼륨 농도 차이는 세포의 생리 기능에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 나트륨은 세포의 수분 조절과 신경 전달에 관여하고, 칼륨은 세포의 전기적 안정성을 유지하는 데 관여합니다.50대 초반의 남성이 생명과학을 독학으로 공부하고 계시다니 정말 대단하십니다. 생명과학은 매우 복잡한 학문이지만, 꾸준히 공부하시면 충분히 이해하실 수 있을 것입니다.
기계공학
Q. 혈압계는 어떻게 작동되는 지 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.수동작동 원리는 다음과 같습니다.완대를 팔에 감고 공기 가압장치로 공기를 주입하여 팔의 혈관을 압박합니다.공기를 빼면서 압력계의 수은 기둥을 관찰합니다.수은 기둥이 떨어지기 시작하는 지점이 협압계 숫자가 됩니다.계속해서 공기를 빼면서 음이 사라진 시점이 확장기 혈압이 됩니다.자동작동 원리는 다음과 같습니다.완대를 팔에 감고 전원을 켭니다.완대가 자동으로 팽창하여 팔의 혈관을 압박합니다.혈압이 측정되면 자동으로 공기가 빠지면서 결과를 표시합니다.자동 혈압계는 수동 혈압계에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.측정 시간이 짧고 편리합니다.측정 오차가 적습니다.여러 번 측정하여 평균 값을 구할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 광년의 단위는 어떻게 측정하게 된건가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.우주과학에서 광년 단위를 사용하는 이유는, 우주가 워낙 넓기 때문에 다른 단위로는 거리를 표현하기가 어렵기 때문입니다.광년은 빛이 진공에서 1년 동안 이동한 거리를 말합니다. 빛의 속도는 초당 약 30만 km이기 때문에, 1년 동안 이동한 거리는 약 9조 4600억 km에 달합니다.광년 단위를 사용하여 거리를 측정하는 방법은 다음과 같습니다.천체의 빛이 지구에 도달하는 데 걸리는 시간을 측정합니다.빛의 속도를 사용하여 천체까지의 거리를 계산합니다.예를 들어, 태양계에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리까지의 거리는 약 4.24 광년입니다. 이는 프록시마 센타우리에서 나오는 빛이 지구에 도달하는 데 약 4.24년이 걸린다는 것을 의미합니다.광년 단위를 사용하여 거리를 측정할 때는 다음과 같은 점을 유의해야 합니다.우주는 팽창하고 있기 때문에, 천체까지의 거리는 시간이 지남에 따라 점차 멀어지고 있습니다.천체의 움직임으로 인해, 천체까지의 거리는 측정 시점의 위치에 따라 달라질 수 있습니다.광년 단위는 우주과학에서 매우 중요한 단위입니다. 우주의 거리를 나타내기 위한 가장 일반적인 단위이며, 우주에서 일어나는 다양한 현상을 이해하는 데 필수적인 역할을 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 암흑물질의 존재는 어떻게 알아냈나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.암흑물질은 전자기파를 방출하지 않기 때문에 직접 관측이 불가능합니다. 따라서 과학자들은 암흑물질의 존재를 간접적인 증거를 통해 추론합니다.암흑물질의 존재를 처음으로 제기한 것은 1930년대 미국의 천문학자 프랭크 휘플입니다. 그는 성단의 운동을 연구하면서, 성단 내의 별들이 서로의 중력에 의해 끌어당겨져야 하지만, 관측 결과 그렇지 않은 것을 발견했습니다. 휘플은 이 현상을 설명하기 위해, 성단 내부에 보이지 않는 질량이 존재한다는 가설을 제시했습니다.암흑물질의 존재를 뒷받침하는 증거는 다음과 같습니다.은하의 회전은하의 나선 팔은 원심력과 중력의 균형에 의해 유지됩니다. 만약 은하의 질량이 우리가 아는 물질로만 구성되어 있다면, 나선 팔의 회전속도는 은하의 중심에서 멀어질수록 점차 느려져야 합니다. 하지만 실제 관측 결과, 은하의 나선 팔은 은하의 중심에서 멀어질수록 오히려 회전속도가 빨라지는 것을 볼 수 있습니다. 이는 은하의 중심에는 우리가 아는 물질로는 설명할 수 없는 거대한 질량이 존재한다는 것을 의미합니다.은하단의 중력렌즈 효과은하단은 수백 개에서 수천 개의 은하가 모여 있는 거대한 구조입니다. 은하단은 매우 강한 중력을 가지고 있기 때문에, 그 뒤에 있는 천체의 빛을 휘게 만드는 중력렌즈 효과를 일으킵니다. 과학자들은 은하단의 중력렌즈 효과를 연구하여, 은하단 뒤에 있는 천체의 위치와 질량을 추정할 수 있습니다. 그 결과, 은하단의 질량은 우리가 아는 물질로만 설명할 수 없는 수준인 것으로 밝혀졌습니다.우주의 가속팽창우주는 빅뱅 이후 계속해서 팽창하고 있습니다. 과학자들은 우주의 팽창 속도를 연구하여, 우주의 질량이 충분하지 않으면 우주의 팽창이 점차 느려져야 한다는 것을 알아냈습니다. 하지만 실제 관측 결과, 우주의 팽창 속도는 오히려 점차 빨라지고 있습니다. 이는 우주에 우리에게 알려지지 않은 질량이 존재한다는 것을 의미합니다.이러한 증거들을 종합하여, 과학자들은 우주에 우리가 아는 물질 외에도 암흑물질이 존재한다고 결론지었습니다. 암흑물질은 우주의 총 질량의 약 85%를 차지하는 것으로 추정됩니다.암흑물질의 정체는 아직 밝혀지지 않았습니다. 가장 유력한 후보로는 중성미자가 있습니다. 중성미자는 전하가 없기 때문에 전자기파를 방출하지 않습니다. 또한, 중성미자는 매우 가볍기 때문에, 우주에서 쉽게 움직일 수 있습니다. 따라서 중성미자는 암흑물질의 후보로 가장 적합하다고 할 수 있습니다.과학자들은 암흑물질의 정체를 밝히기 위해 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 암흑물질의 정체를 밝히는 것은 우주의 구조와 진화에 대한 이해를 높이는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
전기·전자
Q. 보조배터리 충천 시 소요되는 전력량은 어느 정도인가요
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.보조배터리의 충전 효율은 일반적으로 약 85%~90%입니다. 따라서, 1만mAh 용량의 보조배터리를 완충하는 데에는 1만mAh * 0.85~0.9 = 8,500mAh~9,000mAh가 소요됩니다.보조배터리를 사용할 때의 효율은 충전 효율보다 낮습니다. 이는 충전 과정에서 발생하는 열, 케이블의 손실, 반도체의 손실 등의 요인으로 인해 전력이 소모되기 때문입니다. 일반적으로 보조배터리의 사용 효율은 약 75%~80%입니다.따라서, 1만mAh 용량의 보조배터리를 사용하여 스마트폰을 완충하는 데에는 1만mAh * 0.75~0.8 = 7,500mAh~8,000mAh가 사용됩니다.물론, 제품마다 차이가 있을 수 있습니다. 일부 고급 제품의 경우 충전 효율이 95% 이상인 경우도 있습니다. 또한, 사용 환경에 따라 효율이 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 기온이 낮거나 케이블이 낡은 경우 효율이 떨어질 수 있습니다.보조배터리를 구매할 때는 충전 효율과 용량을 함께 고려하는 것이 좋습니다. 충전 효율이 높은 제품은 같은 용량의 제품이라도 더 많은 전력을 사용할 수 있습니다.
전기·전자
Q. 사람의 생각을 읽을 수 있는 기술은 어디까지 발전했나요
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.현재 사람의 생각을 읽을 수 있는 기술은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.첫 번째는 뇌파를 측정하여 생각을 추측하는 방법입니다. 뇌파는 뇌에서 발생하는 전기 신호로, 생각을 할 때 특정한 패턴을 나타냅니다. 연구진들은 이러한 패턴을 분석하여 생각을 추측하는 기술을 개발하고 있습니다.두 번째는 시선이나 표정과 같은 비언어적 신호를 분석하여 생각을 추측하는 방법입니다. 연구진들은 이러한 신호를 분석하여 생각을 추측하는 기술을 개발하고 있습니다.현재까지의 연구 결과에 따르면, 뇌파를 측정하여 생각을 추측하는 기술은 아직 초기 단계에 있습니다. 특정 단어나 문장을 생각할 때 나타나는 뇌파 패턴을 식별하는 데는 성공했지만, 복잡한 생각이나 감정을 읽는 데는 아직 어려움이 있습니다.반면, 시선이나 표정과 같은 비언어적 신호를 분석하여 생각을 추측하는 기술은 보다 발전한 상태입니다. 연구진들은 이러한 신호를 분석하여 생각을 추측하는 데 성공했으며, 현재는 이를 실용화하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.따라서, 현재까지는 사람의 생각을 정확하게 읽을 수 있는 기술은 개발되지 않았습니다. 하지만, 연구가 계속되고 있는 만큼, 가까운 미래에 이러한 기술이 실용화될 가능성은 있습니다.특히, 인공지능의 발전이 이러한 기술의 발전에 기여할 것으로 예상됩니다. 인공지능은 방대한 데이터를 학습하여 복잡한 패턴을 인식할 수 있는 능력이 있기 때문입니다. 인공지능이 뇌파나 비언어적 신호를 분석하는 기술에 적용되면, 보다 정확하고 정교한 생각 읽기 기술이 개발될 수 있을 것으로 기대됩니다.다만, 사람의 생각을 읽을 수 있는 기술이 개발되면, 윤리적 문제도 제기될 수 있습니다. 이러한 기술이 악용될 경우, 개인의 사생활 침해나 범죄에 사용될 수 있기 때문입니다. 따라서, 이러한 기술을 개발하고 사용할 때는 윤리적 문제를 고려하는 것이 중요합니다.
토목공학
Q. 시골길을 가게 되는 경우 왜 안개가 끼어 있는 경우가 있나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.안개는 지표면에서 증발된 수증기가 공기 중으로 올라가면서 팽창하여 차가워지면서 응결되어 생성됩니다. 공기는 일정한 온도에서 일정한 양의 수증기만을 포함할 수 있습니다. 기온이 내려가 공기가 포화 상태에 이르면 일부 수증기는 응결되어 안개가 됩니다.안개는 크게 두 가지로 분류할 수 있습니다. 지면에서 발생하는 지표안개와 공기 중에서 발생하는 공중안개입니다. 시골에서 안개가 자주 끼는 이유는 지표안개가 발생하기 좋은 조건이 갖춰져 있기 때문입니다.지표안개는 지표면이 차가워지면서 발생합니다. 특히, 바람이 약하고 습한 날씨에 지표면이 차가워지면 안개가 자주 발생합니다. 시골은 도시보다 지표면이 넓고 습도가 높기 때문에 지표안개가 발생하기 좋은 조건을 갖추고 있습니다.도시에서는 건물이 많고 바람이 강하기 때문에 지표안개가 발생하기 어렵습니다. 건물은 지표면의 온도를 높이고, 바람은 공기를 순환시켜 안개가 흩어지게 합니다. 또한, 도시는 습도가 낮은 편이기 때문에 안개가 발생할 가능성이 적습니다.따라서, 시골에서 안개가 자주 끼는 것은 지표면이 차가워지고 습도가 높기 때문입니다.
생물·생명
Q. 풍선이 하늘로 날아가면 몇미터까지 올라가다가 터지게 되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.풍선이 터지는 높이는 풍선의 크기, 재질, 공기의 압력, 온도 등에 따라 달라집니다. 일반적으로 지상에서 약 35km까지 올라가다가 터지게 됩니다.풍선이 터지는 원인은 공기의 압력 차이입니다. 지상에서는 공기의 압력이 높지만, 고도가 높아질수록 공기의 압력이 낮아집니다. 풍선 내부의 공기 압력은 지상에서와 동일하기 때문에, 고도가 높아질수록 풍선 내부와 외부의 공기 압력 차이가 커집니다. 이로 인해 풍선이 팽창하면서 내부 압력이 높아지게 되고, 결국 풍선이 터지게 됩니다.풍선의 크기가 클수록 더 높은 고도까지 올라갈 수 있습니다. 이는 풍선의 부피가 클수록 공기의 압력을 더 많이 견딜 수 있기 때문입니다.풍선의 재질이 강할수록 더 높은 고도까지 올라갈 수 있습니다. 이는 풍선의 재질이 강할수록 터지기 전에 견딜 수 있는 압력이 더 크기 때문입니다.풍선 내부의 공기의 압력이 높을수록 더 높은 고도까지 올라갈 수 있습니다. 이는 풍선 내부의 공기 압력이 높을수록 공기의 밀도가 높아지기 때문입니다. 공기의 밀도가 높아지면 공기의 압력을 더 많이 견딜 수 있습니다.풍선 내부의 온도가 높을수록 더 높은 고도까지 올라갈 수 있습니다. 이는 공기의 온도가 높아지면 공기의 부피가 커지기 때문입니다. 공기의 부피가 커지면 풍선의 부피도 커지게 되고, 이로 인해 풍선 내부의 공기 압력이 높아집니다.
화학
Q. 갑자기 한파가 생겨난 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.최근 갑작스러운 한파가 찾아온 것은 북극진동의 영향으로 분석됩니다. 북극진동은 북극의 기압계가 평소보다 강하게 형성되거나 약하게 형성되는 현상을 말합니다. 북극진동이 강하게 형성되면 북극의 찬 공기가 남하하여 한반도에 한파를 가져올 수 있습니다.최근에는 북극진동이 강하게 형성되어 북극의 찬 공기가 남하하면서 한반도에 한파가 찾아왔습니다. 특히, 12월 22일에는 서울의 기온이 영하 16.6도까지 떨어져 올겨울 들어 가장 낮은 기온을 기록했습니다.북극진동은 대기의 대규모 순환에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 북극진동이 강하게 형성되면 한반도뿐만 아니라 북반구 전역에 영향을 미쳐 기후 변화를 일으킬 수 있습니다.앞으로도 북극진동의 영향으로 한파가 찾아올 가능성이 있습니다. 따라서, 추운 날씨에 대비하여 건강 관리에 유의하시기 바랍니다.추운 날씨에 건강 관리 잘하시고, 따뜻하게 지내세요.
화학
Q. 미세먼지의 크기는 얼마나 되나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.미세먼지는 지름이 10㎛(마이크로미터) 이하인 먼지를 말합니다. 1㎛는 머리카락 굵기의 약 1/20에 해당하는 크기입니다. 따라서 미세먼지는 육안으로 식별하기 어렵습니다.미세먼지는 크기에 따라 PM10과 PM2.5로 구분합니다. PM10은 지름이 10㎛ 이하인 미세먼지로, PM2.5는 지름이 2.5㎛ 이하인 미세먼지입니다. PM2.5는 PM10보다 입자가 더 작아 호흡기 깊숙이 침투할 수 있어 건강에 더 해롭다고 알려져 있습니다.가스렌지를 켜면 미세먼지와 오존이 발생합니다. 미세먼지는 가스 연소 시 발생하는 불완전 연소 생성물 중 하나입니다. 가스렌지를 사용할 때는 후드를 켜서 미세먼지와 오존을 줄이는 것이 좋습니다.