안녕하세요 김도건 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 심해 대형갈치등 심해어가 해안가로 올라오는 이유는 무엇인가요?
예민한 감각반응으로 인해 심해어 등이 육지쪽으로 올라올 수 있습니다. 예를들어 지진이 일어나기 6시간 전쯤 지표면에 강한 중력이 작용하면 암석에 전기가 일어납니다. 전기는 갈라진 바위 틈새로 흘러 들어가 지하수를 분해하면서 '에어로졸'이라는 전기를 띤 수증기를 만들어고, 이 에어로졸이 지표면으로 올라와 사람보다 민감한 신경을 가진 동물들을 자극해 세로토닌이라는 호르몬이 분비되도록 합니다. 세로토닌이 많이 분비되면 극도로 흥분하고 헛것을 보거나 잘못된 판단을 내리는 증상이 나타나기 때문에 지진이 일어나기 전 생성된 에어로졸이 동물들에게 세로토닌 증후군을 일으켜 동물들이 이상행동을 하게 된다는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 4차원세계를 쉽게 설명해주세요
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.
전기·전자
Q. LED 수명 관련 기타 등등 질문 드려요
LED 등은 저전력, 고효율의 조명기기입니다. 기존 백열전구와 비교했을 때 소비전력은 10~15%에 불과하지만, 밝기는 훨씬 밝습니다. 광효율(빛이 소비되는 전기량에 비례한 빛의 밝기 정도)을 따졌을 때도 백열등이나 형광등에 비해 60~70%가량 높습니다. 그래서 백열등을 사용할 때보다 전기세를 전기요금의 20%~50%, 많게는 최대 90%까지 절감할 수 있는 것이죠.LED 조명의 전력소모가 적은 이유는 다음과 같습니다.반도체는 발광 다이오드(LED)에서 발견됩니다. 반도체는 접합부 역할을 하여 전기 에너지를 필터링하고 부산물로 빛을 방출합니다. 따라서 사전에 별도의 광 생성 부하(예: 필라멘트)에 전원을 공급할 필요 없이 광원 입력에서 즉시 빛이 방출됩니다. 결과적으로 LED는 경쟁 기술보다 전력 소비가 적습니다. 다른 발광 기술(예: 백열 전구, 네온 조명, 할로겐 램프)은 금속이나 가스와 같은 요소가 빛을 생성하기 위해 먼저 가열되어야 하기 때문에 상당한 에너지 손실을 나타냅니다.
기계공학
Q. 디젤자동차와 가솔린자동차의 차이점이 알고싶습니다.
가솔린 자동차는 엔진에서 착화할 때 피스톤 내 가솔린 연료가 분사되고 스파크를 튀겨 폭발이 일어납니다. 가솔린 엔진의 특징은 토크는 디젤에 비해 약하지만 회전수가 빠른 특징이 있습니다. 회전수가 빠른 특징으로 인해 슈퍼카들을 보면 모두 가솔린 엔진을 사용함을 알 수 있습니다.디젤 자동차는 엔진에서 착화할 때 피스톤 내 디젤 연료를 분사하고 이러한 연료를 압축하여 자연발화하게 한 뒤 폭발이 일어납니다. 디젤 엔진의 특징은 압축이 많이 일어나므로 토크는 강력합니다. 반면 회전수가 느려 큰 힘을 필요로 하는 화물차나 대형 자동차의 엔진으로 많이 사용됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 안개와 구름은 한 끗 차이인가요?
안개와 구름의 생성 원리는 동일합니다. 안개와 구름의 차이는 물방울들이 떠 있는 높이로 구름과 안개를 구분합니다. 지면 부근에 포화된 물방울들이 떠 있다면 안개로, 하늘 위에 떠 있다면 구름으로 구분해 볼 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 겨울에는 건조하고 여름에는 습한 이유가 뭔가요?
겨울에 건조한 이유를 요약해서 말하면 우리나라에 영향을 주는 기단과 포화수증기량 때문입니다. 기단은 거대한 공기 덩어리로 계절에 따라 우리나라에 영향을 주는 기단이 달라진다고 합니다. 우리나라는 여름에 북태평양기단의 영향을 받습니다. 북태평양기단은 바다에서 생겨난 기단이기 때문에 매우 습합니다. 반면 겨울에는 시베리아기단의 영향을 받습니다. 기단의 이름만 봐도 차고 건조한 기분이 들것입니다.겨울이 건조한 또 하나의 이유는 포화수증기량 때문인데 공기는 수증기를 포함하고 있습니다. 공기가 수증기를 얼마나 가지고 있는가에 따라 습도가 결정되는 것입니다. 공기가 가질 수 있는 수증기량의 최대치를 포화수증기량이라고 하는데 포화수증기량은 온도에 따라 결정됩니다. 온도가 높을수록 포화수증기량은 많아지고 온도가 낮을수록 포화수증기량은 적어지기 때문에 겨울철엔 건조한 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지진은 어떻게 일어나는 건가요?
지진은 주로 지구 내부의 판의 경계에서 발생하게 되는데 이와 같이 판과 판의 경계에 위치한 나라에서는 지진이 많이 발생하며, 태평양 주변은 이와 같은 판과 판의 경계가 구성되어 불의 고리라 불리울 정도로 지진이 많이 발생합니다. 이 곳을 환태평양 지진대라고 하며, 여기에 위치한 대표적인 나라가 이웃나라인 일본, 인도네시아, 미국 서부 등입니다.그러나 지진이 반드시 판의 경계에서만 발생하는 것은 아니며, 판의 주변부에서도 경계에서 발생하는 에너지를 전달받아 판의 내부가 찢어지거나 지각이 얇은 쪽으로 에너지를 방출해 버릴 수 있어 판 내부에서도 지진이 발생할 수 있습니다.우리나라가 위치한 한반도는 판의 내부에 위치하고 있으나 유라시아판의 주변부에서 태평양판과 필리핀판의 움직임에 영향을 받고 있는 지리적 위치에 있기 때문에, 지진의 영향을 무시할 수 만은 없으며, 판경계인 주변국(일본 열도 및 중국 중서부)의 지진에도 영향을 많이 받고 있습니다.
화학
Q. 오존층은 자연적으로 복구가 되나요?
오존은 독성 기체이지만 대기 중에서는 태양으로부터 날아오는 해로운 자외선을 막아 지상의 생물체를 보호해주는 역할을 합니다. 1974년 과학저널 네이처에 프레온가스 등의 사용이 오존층을 파괴할 수 있다는 연구 결과가 발표됐습니다. 이를 계기로 오존층 파괴 문제가 불거져 미국을 중심으로 조사가 시작되고, 사태의 심각성을 깨달은 국제사회는 마침내 1987년 오존층을 파괴하는 100여종의 화학물질(ODS)의 생산과 사용 금지를 규제하는 환경 협약을 맺었습니다. ‘몬트리올 의정서’로 불리는 이 협약은 유엔 회원국 모두가 합의한 유일한 유엔 협약이자, 회원국들이 약속을 잘 지키고 있는 대표적인 성공 사례 가운데 하나입니다. 덕분에 남극대륙의 오존층 구멍은 2006년을 정점으로 점차 작아지고 있습니다.
전기·전자
Q. 새와 전선이 비감전이 궁금합니다.
새들이 전깃줄에 앉아도 감전되지 않는 이유는 2가지 입니다. 저항과 전위차(전압 차이)입니다. 먼저 저항을 보면 저항이란 전류가 흐르는 것을 막는 작용을 뜻합니다. 전깃줄에 새가 앉으면 새의 몸통과 전깃줄이 병렬로 연결 되는데, 병렬로 연결될 경우 저항이 작은 쪽으로 전류가 더 많이 흐릅니다. 새의 경우 저항이 상대적으로 전깃줄보다 매우 크기 때문에 감전 위험이 없습니다.다른 이유로는 전위차(전압 차이)가 있습니다. 전위차는 쉽게 말해 ‘전압의 차이’를 말하는데, 전압은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 특징이 있습니다. 이때 전위차가 ‘0’이면 전류가 흐르지 않아 감전되지 않습니다. 사람이 감전되는 이유는 전위차가 발생하기 때문인데요. 새의 경우 몸집이 작아서 전선에 접촉된 구간이 매우 적습니다. 때문에 전위차가 거의 존재하지 않아서 감전되지 않는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 백야현상은 왜 특정 지역에서만 있나요?
백야현상은 위도 약 48˚ 이상의 고위도 지역에서 한여름에 태양이 지평선 아래로 내려가지 않는 현상입니다. 24시간 해가 지지 않는 것입니다. 백야 현상이 긴 곳은 6개월 정도 지속된다고 합니다.백야 현상의 원인은 앞서 지구의 자전축 때문입니다. 지구의 자전축은 23.5˚ 기울어져 있는데, 이 기울기 때문에 지구가 공전할 때 자전축의 양 끝 중에서 태양을 향해 기울어진 부분이 낮이나 밤에 항상 햇빛을 받게 되는 백야 현상이 일어나게 되는 것입니다.