안녕하세요 김도건 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 3차원 공간에 살지만 우리 눈에 비추는 세상은 2차원이라는데
현재 인간은 3차원의 공간세계에 살고 있으므로 3차원을 지배(즉, 비행기로 하늘을, 우주선으로 우주를 비행할 수 있으므로)한다고 표현하기도 합니다.어떤 학문의 관점에서 접근하느냐에 따라서 많은 논쟁이 있을 수 있습니다만, 4차원 이상의 고차원에 대해서 가장 쉽게 접근하거나 논리적으로 표현할 수 있는 방법은 수학적인 접근입니다. 수학적으로는 n차원을 모두 표현할 수 있습니다. 즉, 무한대 차원도 수학적으로는 표현할 수 있습니다. 다만, 수학적인 계산일 뿐 수 억 차원을 수학적으로 표현한다고 한들 물리학적인 의미부여가 되어 있지 않다면 자연현상을 분석하고 규명함에 있어서는 큰 의미는 없을 것입니다.따라서 물리학에서는 표현된 수학적인 결과값에 대해서 분석하고, 의미를 부여할 수 있는 지 (또는 수학적인 결과 값이 자연현상과 어떠한 상관관계가 있는지 또는 의미를 갖는지) 에 대해서 연구합니다.아인슈타인은 3차원(공간을 지배하거나 인식할 수 있는 차원)에 시간을 합하여 4차원을 정의했습니다. 4차원은 시간을 초월할 수 있다는 의미입니다. 3차원 세계에 존재하는 인간의 판단으로는 4차원 세계을 불로장생하는 세계로 표현하기도 합니다.따라서 4차원 또는 그 이상의 차원의 세계는 시간의 제약을 받지 않고 존재할 수 있으니... 신의 영역이 아닐까 싶습니다.
화학
Q. 물질의 분해 과정인 부패와 발효는 어떻게 다른가요?
발효와 부패는 기본적으로 같은 과정입니다. 사람 몸에 긍정적인 영향을 미치는지 부정적인지에 따라 발효와 부패가 구분되는 것입니다. 예를 들어 항아리 속 된장에 흰색 곰팡이가 피어올라도 발효가 잘 됐다라고 여기지 된장이 상했다고 생각하지 않는 반면, 빵이나 귤에 생긴 푸른곰팡이는 부패한 음식으로 여깁니다.
생물·생명
Q. 인체발화현상에 대해서 궁금합니다.
시신을 화장할 때 소각로의 온도는 1,200℃ 에 이르지만 뼈는 전혀 타지 않아 이후 뼈는 따로 잘게 부수어 가루로 만드는 절차를 거친다고 합니다. 그래서 인체가 재로 변하는 최소의 온도로 2,000℃ 이상의 고온이 필요하다고 설명하는데 실제로 이 정도의 온도가 인체안에서 발생할 수 있다는 것을 대부분의 학자들은 받아들이지 못하기 때문에 인체발화 현상을 과학적으로 인정하지 않고 있습니다. 즉 아직까지 인체발화 현상의 원인은 명확하게 알 수 없습니다.
생물·생명
Q. 물고기는 물속에서 어떻게 숨을 쉬나요
물고기는 아가미로 호흡을 하는데, 아가미의 피에는 이산화탄소로 가득 차 있는데, 물이 들어오면 아가미의 이산화탄소와 물의 산소가 서로 교환을 하게 됩니다. 이런 과정을 통해서 물고기가 산소를 공급받는 호흡을 하는 것입니다. 즉, 입으로 물을 삼킨뒤 물에 섞여 있는 산소를 마시고 나머지 물은 아가미를 통해 내보내는 것입니다.물고기는 아가미로 호흡을 하기때문에 물 밖에서는 아가미로 숨을 쉴 수 없어 죽게 됩니다.
기계공학
Q. 탄도 미사일과 순항 미사일의 차이는 무엇인가요?
탄도미사일(Ballistic Missile)은 로켓을 동력으로 해 탄도 곡선(포물선)을 그리며 날아갑니다. 로켓의 추진력으로 지상에서 80~1000㎞까지 치솟았다가 최종 단계에서 자유 낙하를 하며 적을 파괴합니다. 기본적으로 발사시 로켓의 힘을 이용하는 탄도미사일은 대기권을 벗어나 먼 거리까지 보낼 수 있습니다. 또 떨어질 때 중력이 작용하므로 파괴력이 큽니다. 정밀유도가 없으므로 목표물을 타격하는 정확성은 떨어지는 편입니다.반면 순항미사일(Cruise Missile)은 제트엔진과 날개의 양력을 이용해 날아갑니다. 전자장비의 유도를 받아 목표물까지 날아갑니다. 미국의 '토마호크'가 대표적 순항미사일입니다. 목표물을 찾아가는 순항미사일은 정교한 타격이 가능합니다. 다만 아주 멀리까지 날아가는 용도로는 적합하지 않고 파괴력도 탄도미사일에 비해 약합니다.
전기·전자
Q. 전기는 어떻게 만들어지나요??
전기가 만들어지기 위해선 터빈과 전자석의 회전이 필요합니다. 터빈은 회전날개와 회전축으로 구성되는데, 수력, 풍력, 태양력, 화력, 원자력 등의 에너지를 이용하여 회전시키게 됩니다. 터빈이 회전하면서 발전기 안의 전자석으로 된 원통이 함께 돌게 되는데 발전기 안에서는 음극과 양극이 계속 바뀌면서 전류가 흐르게 됩니다. 이렇게 전류가 흐르면 전기가 생성되는 것입니다.또한, 물은 전기가 잘 통한다고 생각하기 쉽지만 사실 순수한 물은 전기가 통하지 않는 절연체에 가깝습니다. 물이 전류가 잘 통하는 것은 물에 녹아있는 불순물 때문입니다. 불순물이 들어 있는 물에 전기를 흘리면 이 불순물들이 전해질 역할을 하여 전기를 흐르도록 도와주는 것입니다. 따라서 물 묻은 손으로 전기코드를 만진다거나 작업을 해서는 안됩니다.
전기·전자
Q. 손에 정전기가 많이 나는데 몸에 전류가 흐르는걸까요?
정전기가 유독 잘 발생하는 사람들의 특징은 머리카락 혹은 몸 자체가 건조한 경우가 많습니다. 땀을 많이 흘리는 사람에 비해 적게 흘리는 사람, 지성피부를 가진 사람보단 건성피부를 가진 사람에게 정전기가 더 잘 발생하게 되는 것입니다. 정전기는 주로 물체의 표면에 존재하기 때문에 그 사람의 ‘피부’가 정전기를 결정한다고 해도 과언이 아닙니다. 또한 보통 남자보다 여자가, 어린이보다는 노인이, 뚱뚱한 사람보다는 마른 사람이 정전기에 민감하고 남자는 약 4,000볼트가 되어야 전기를 느끼고 여자는 2,500볼트만 되어도 전기를 느낀다고 합니다.과도한 정전기는 우리의 몸과 주변 환경에 수분이 부족하여 수분을 요구하는 몸의 신호일 수 있습니다. 만약 유난히 정전기에 예민한 반응을 일으킨다면 ‘물’, ‘수분’ 조절에 특히 더 신경을 써야 합니다. 그래서 피부가 건조하거나 당뇨병이 있는 사람, 체수분량이 감소하는 노인 등은 최대한 정전기 예방에 힘써야 합니다. 특히 잦은 정전기는 피로감, 스트레스, 두통, 불쾌감을 유발할 뿐 아니라, 정전기로 머리가 엉키면 모발이 쉽게 손상돼 탈모의 원인이 될 수도 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 무더운 여름에 얼음 알갱이 우박이 내리는 이유는?
여름철 대기에 우박이 생성될만한 조건이 맞을 경우 우박이 내리기도 합니다.대기 상층에 찬 공기가 위치한 가운데 지상에서 따뜻한 공기가 상승하면, 상승한 공기가 주변(상층 찬 공기)보다 따뜻하기 때문에 부력을 받아 더 높은 곳으로 강하게 상승하게 됩니다. 구름 내에 이렇게 강한 상승기류가 존재하게 되면, 구름 속에서 얼음입자가 상승과 하강을 반복하게 되고, 주변 물방울들이 달라붙으면서 충분히 무거워질 만큼 커진 다음 지상으로 낙하하게 되는데 이것이 우박입니다.
물리
Q. 속도와 속력의 개념상 차이는 무엇인가요?
속력은 단위시간당 이동한 거리를 의미합니다. 그리고 속력은 일단 스칼라값이기 때문에 방향을 나타낼수는 없습니다. 예를 들어 자동차 한대가 1시간에 100km를 가면 자동차의 속력은 100km/h를 의미하는 것입니다.속도는 단위시간당 출발점과의 거리와 방향입니다. 속도는 벡터값이므로 반드시 방향도 함께 주어져야 합니다. 예를들면 "서족으로 3m/s" 이나 "오른쪽으로 5m/s"처럼 표현해야 하지만 물리에서 위와같이 표시하는 것은 좀 거추장스러울 수 있습니다. 그래서 일반적으로 방향을 거추장스럽게 기입하지않고 처음 운동하기 시작한 방향을 +, 그 반대방향을 -로 생각합니다.
토목공학
Q. 고도가 높은 곳을 지나면 귀가 막히는 이유는?
고도가 높은 곳은 낮은 곳에 비해 공기의 압력, 즉 기압이 낮기 때문에 귀가 막히는 현상이 일어납니다. 이러한 현상이 일어나는 이유는 다음과 같습니다.우리 귀는 소리를 모아 고막으로 전달해 주는 외이, 고막을 진동 시키는 중이, 소리를 인지하는 내이 이렇게 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 이중 외이와 중이는 소리를 잘 듣기 위해 서로 같은 기압으로 유지되는데요. 기압이 같아야 고막이 소리(공기의 진동)에 맞춰 제대로 진동할 수 있기 때문입니다. 이처럼 중이의 기압을 조절해 주는 역할을 유스타키오관이 담당하고 있습니다. 귀가 먹먹해지는 증상은 유스타키오관이 기압을 유지하지 못해 고막의 모양이 달라져 발생하는데, 평상시에 평평한 모양을 하고 있던 고막이 기압이 강한 중이 쪽에서 외이 쪽으로 밀려나 부풀어 있는 모양을 하게 되는 것입니다. 밀려난 고막은 소리를 제대로 진동 시키지 못하고, 이때문에 귀가 멍해지는 느낌을 받게 됩니다.