안녕하세요 김동민 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 사과가 지구와 달에서 무게가 달라지나요?
안녕하세요. 과학전문가입니다.질량은 (mass) 물질의 절대적인 양으로장소나 상태에 따라 달라지지않는 고유의 값입니다!물질의 기본단위는 원자죠! 원자의 양이 같은 한 어디에서나 질량은 같다고 생각하시면 편합니다.무게는 (Weight) 질량x중력가속도 로 중력에 따라 변하는 값입니다!따라서 중력이 다른 지구와 달에서같은 사과의 무게가 달라지고중력이 강한 지구 사과가 달 사과보다 무겁습니다!가끔 중력을 설명할때중력이 무거운 물체를 더 강하게 당긴다(무거운 물체에 더 강하게 작용한다) 라는표현을 쓰는 경우가 잇는데,이것이 무거운 물체의 중력가속도가 더 크다는 뜻이 아님에 유의하셔야합니다.지구에서 모든 물체에 대한 중력가속도는 같습니다다만, 무거운 물체를 같은 속도로 가속하려면 가벼운 물체보다 더 많은 힘을 사용해야하니 이런 표현이 생긴것이죠!
화학
Q. 드라이아이스에 직접적으로 음식물 닿아도 먹어도 되나요?
안녕하세요. 과학전문가입니다!드라이아이스는 이산화탄소 (CO2)를 냉각하고 압축해 만들고 만드는 과정에서 수증기를 제거하는 등 나름의 정제과정을 거칩니다!또한 드라이아이스는 고체에서 바로 승화하여 기체가 되므로 '물기'라는 것이 없고 온도가 -20도 정도로 박테리아와 같은 세균이 생육하기 어렵습니다.혹시 제조과정에서 드라이아이스 표면에 뭐가 묻었었더라도 배송과정에서 표면이 기체로 바뀌면서 이물질은 아래 모이게 될 것 같습니다정 찝찝하시면드라이아이스를 깨끗한 용기에 옮겨담고음식물을 드라이아이스와 섞지말고 위에만 올려서 냉각한 후 드시면 될 것 같습니다~
화학
Q. Rnase 수명이 긴 이유는 무엇인가요?
안녕하세요! 과학전문가입니다.단백질의 열/화학 안정성은 단백질의 구조와 구조를 유지하는 힘을 아시면 이해하실 수 있습니다!아시다시피 단백질은아미노산의 N 말단(아민기)과 C 말단(카르복실기)가 펩타이드 결합으로 연결된 것이 1차구조 (벽돌),근접한 아미노산이 수소결합을 통해 alpha helix, beta sheet구조를 형성한 것을 2차구조 (벽, 바닥, 철골 1개), 그리고 2차구조를 골격으로 고유의 모양을 이룬것을 3차구조 (집) 이라고 하죠!특히 단백질의 활성은 3차구조와 관련이 깊습니다.3차구조를 잘 유지하는 단백질이 안정성이 높고3차구조의 모양에 따라 활성이 좋기도 안좋기도 하며 특히 기질과 결합하는 구조 (active site, 활성부위)가 매우 중요합니다!또한 말씀하신 가열 후 천천히 식히면 3차구조를 형성하는 것은 (protein refolding) 2차구조에서 3차구조로 조립되기 쉬운 형태인 경우에 더욱 용이합니다.먼저3차구조를 만들고 유지하는 힘은 일반적으로 분자 끼리 발생하는 거의 모든 힘이지만, 특히 주요하게 작용하는 것은 아래와 같습니다.1. 수소결합2. disulfide bond (S-S bond)3. 소수성 상호작용4. 정전기결합따라서 상기 힘들을 방해하는 조건, 계면활성제, 열, 그외 화학적 처리 등이 주어지면 단백질의 3차구조거 깨지며 변성하고 활성도 잃습니다.위 결합 중에서 disulfide bond이 공유결합으로 매우 강한데, 다른 힘들과 달리 공유결합은 열변성에 의해 깨지지 않으므로 일반적으로 고온에서 변성되지 않는 단백질들은 disulfide bond를 많이 가지고 있습니다.disulfide bond를 제외하고 상기의 힘들은 특이성이 없으므로 (정해진 작용기와 특이적으로 결합하지 않음) 가열 후 식히는 등 변성 후 다시 조립한들 순서대로 원하는대로 조립되어 본래의 3차구조를 이루기 어렵습니다. 하지만 그럼에도 refolding은 가능하고 실제로 일부 단백질 정제법에서도 순도를 쉽게 높이기 위해 이러한 방법을 씁니다.Refolding이 용이하려면1. 아미노산이 근처의 잔기들과 순서대로 조립될 수 있는 조건 (열을 천천히 식힌다 -> 만약 빨리 식히면 아미노산 분자들이 급속도로 수축하며 원하지 않은 작용기 간 소수성 상호작용이 커짐)2. 크기가 작아 조립할게 별로 없는 것RNase는 20kDa 내외로 크기가 매우 작은편이라 주변 잔기간 순서대로 조립이 용이합니다3. 약한 변성 후 재조립앞서 disulfide bond는 열변성으로 깨지지 않는다고 했는데, 만약 해당 단백질이 disulfide가 많다면 열을 가해도 대부분의 구조가 유지되어 그 단백질 입장에서는 열변성이 약한 변성 조건이 됩니다. 이 경우 재조립이 용이하죠!4. 고정상에서 재조립단백질을 고정상에 고정하면 분자구조가 고정되어 특정 모양으로 접히기 용이하게 될 수 있습니다.그외에도 refolding 조건은 많지만 표적 단백질에 맞게 최적화가 필요합니다.추가로E coli에서 단백질을 발현/생산 할때도 단백질을 너무 빨리 만들도록 조작하면(아미노산 합성속도가 너무 빨라 조립되기 전 다른 아미노산에 의해 방해를 받으면) 활성있는 제대로된 단백질이 만들어지지 않습니다. 이를 Inclusion body 라고 하는데 이때는 E coli 생육환경 등을 조절해 아미노산 합성 속도를 조금 늦추면 해결되는 경우도 있습니다!
지구과학·천문우주
Q. 지구에서 우주를 보면 대기 때문에 파랗게만 보이는잖아요? 질문이 길어 본문에 남깁니다!
안녕하세요. 과학전문가입니다.재미난 질문이네요!결론적으로 지구에서 우주, 우주에서 지구를 볼 때 보이는 것과 원리는 같습니다.무언가 본다는 것은대상 물. ,체에서 발생하는 빛 또는 반사/산란/굴절된 빛이 내 눈으로 들어와 인지하는 것이죠.1. 지구에서 우주를 보면 대기 때문에 파랗게만 보인다? 반은 맞고 반은 틀립니다!낮에 하늘이 파랗게 보이는 것은 쏟아지는 엄청난 양의 태양광 중에서 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선(쉽게는 무지개색), 그중에서도 짧은 파장을 가진 파란색 계열의 빛이 대기 중 공기와 부딪쳐 산란하기 때문입니다. 즉, 대기(=대상)에 산란한 파란색 빛이 내 눈에 들어와 인식된거죠.아침 저녁 하늘이 붉게 보이는 것은 태양광이 머리위에서 직각으로 대기를 통과하는 낮과 달리(내 눈까지 대기 두께가 상대적으로 얇은), 태양광이 대기를 통과하여 내 눈에 오기까지 거리가 낮보다 훨씬 길어져 (내 눈까지 대기 두께가 상대적으로 두꺼운)투과성이 좋은 장파장의 붉은 빛이 내 눈에 도달하고 파란빛은 먼 하늘에서 이미 산란되어 내 눈까지 못오기 때문이죠어두운 밤 하늘 별 빛 달 빛이 보이는 것은, (물론 대기가 있음에도!) 엄청난 양의 태양광이 없기에 대기 중 산란이 없어 마치 대기가 없는 것처럼 보이지 않고(어둡고),모든 하늘에 산란을 일으킬 정도가 아닌 비교적 적은 양의 별 빛 달 빛은 다소 산란되어도(별이 빛나는 이유!) 우리 눈에 도달하여 인지되기 때문이죠이처럼 우주에서 오는 빛은 그 양, 파장, 그와 성질과 통과하는 대기의 두께에 따라 다르게 인지됩니다.추가적으로 낮에도 파랗게 산란되는 빛보다 더 밝아서 내 눈에 도달하는 우주 빛은 관찰 가능합니다! 낮달이나 낮별 등이 대표적이죠2. 우주에서 봤을 때 대륙까지 보이는 이유지구는 빛을 내는 항성이 아니므로 우주에서 지구가 보인다는 것은 태양빛을 반사했기 때문입니다.만약 지구가 대부분의 태양빛을 대기 중에 산란했다면 정말 대기색으로만 보였을 겁니다! (실제로 대기가 짙은 금성 등의 행성은 대기만 보입니다)하지만 우리가 잘 알듯 그토록 산란했음에도 꽤많은 빛이 지상에 도달하고, 그 빛이 반사되어 다시 우주로 나갑니다. 다시말해 우주에 있는 내 눈에 지구 대륙에 반사되어 나온 빛이 도달할 수 있어서 보이는 것이지요.지구에서 우주우주에서 지구다른 것처럼 보이지만 결국 언제 어떤 빛이 내 눈에 도달할 수있냐에 따라 보인다는 것은 같습니다!
화학
Q. 테이블에 가끔 국그릇이 막 움직이는데 왜 그런 현상이 일어나나요?
안녕하세요!테이블에서 뜨거운 그릇이 자동으로 움직이려면 3가지 조건이 필요하고 바로 이것이 원리이기도 합니다.1. 그릇 바닥에 공기가 갇힐 수 있는 오목한 공간이 있어야합니다그릇이 움직이는 가장 큰 이유는,그릇과 테이블 사이에 갇힌 공기가 뜨거운 열에 의해 팽창하여 밖으로 나오려고 하는 과정에서 그릇을 들어올리기 때문입니다!공기는 열에 의해 팽창하여 부피가 커지는데 그릇바닥에 작고 오목한 공간이 있어서 테이블 사이에 갇힌 공기가 존재하고 충분히 뜨거워지면 팽창해 나가기 위해 그릇을 들어올리는 힘이 생기는 거죠!열기구가 떠오르기 위해 불을 쏘는 것 = 공기를 팽창시켜 부피를 크게 하는것 과 같은 원리입니다!2. 뜨거워야 합니다공기가 더 팽창할수록 그릇을 올리는 힘이 더 강해집니다. 3. 가벼워야합니다.그릇 바닥과 테이블 사이 갇힌 공기는 그리 많지 않겠죠 작은 공기의 팽창으로 그릇을 들어올리려면 그릇과 내용물은 뜨겁되 가벼워야합니다.추가바닥에 물이 있으면 미끄러지기 좋고그릇 바닥과 테이블 사이 공기를 가두기 좋습니다!
물리
Q. 거꾸로 서면 피가 쏠리는데 똑바로 서면 괜찮은 이유가 뭔가요?
안녕하세요!우리몸 구석구석에는 심장이 바로 내뿜거나 받아들이지 못하는 혈액 여유분이 꽤나 존재하기 때문에, 이러한 혈액이 중력의 영향을 받아 아래쪽으로 피가 쏠리게 됩니다!아시다시피 혈액은 심장에서 펌프질 하는 힘으로 온 몸으로 뻗어나갔다가 다시 돌아오는 형태로 순환합니다. 하지만 심장은 평소에도 1분에 30번이상, 운동시에는 150번 200번까지도 뛰고 있습니다 매번 뛸 때마다 온몸 구석구석 손끝 발끝까지 산소와 만나는 폐포 모세관 구석구석 까지 피를 보냇다가 바로 받아서 또 보낼 수는 없겠죠!그리고 그렇게 짧은 시간 동안에는 아마 구석구석 산소와 영양분을 전달하기도 힘들겁니다.만약 어떤 혈액에 마킹을 해서 심장을 나간 후 언제 다시 심장으로 돌아오나 본다면, 아마 한참걸리거나 꽤 오래 돌아오지 않을 수도 있습니다.간, 폐, 신장 등은 대표적으로 혈액을 많이 함유하고 있는 장기이고 심장을 떠나온 혈액은 이런 곳에서 정체되죠! 손끝 발끝 모세혈관도, 너무 느려서 혈액이 역류하지 않도록 판막이 존재하는 정맥관에도 이러한 정체현상이 나타납니다.이렇게 정체 중인 혈액이 앞서 언급드린 혈액 여유분인 셈이죠그럼 빠르게 뛰는 심장에서 매 순간 혈액은 나가지만 돌아오는 것은 훨씬 느리다면 어떻게 매 순간 심장이 혈액을 뿜어낼 수있을까요?심장으로 돌아오는 정맥관 속 혈액은 분명 느리지만 결코 양이 작지 않습니다. 즉, 나가는 동맥관보다 훨씬 두껍고 많습니다.때문에 정체현상을 겪으며 혈액이 느리게 흘러도매 순간 심장이 뿜어낼 만큼의 혈액을 공급할 수 있는거죠!
화학
Q. 뜨거운 기름에 물을 넣으면 파파팍 튀는데 과학적인 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 기름과 물의 끓는점 차이 때문입니다!물의 끓는점은 100도 죠!반면 기름이 끓어서 기체가 되려면 210~270도 정도의 온도가 되어야합니다 (콩유~옥수수유 등 종류에 따라 조금씩 다릅니다)즉, 뜨거운 기름은 100도보다 높은 온도일 수 있죠!가령 돈가스 1차 초벌에 적당한 160도 정도 온도 기름에 물을 넣으면,물은 순식간에 100도에 도달해 바로 끓어 기체(수증기)로 변화합니다. 기름 안에서 물이 수증기가 되면 떠오르면서 거품 터지듯 팡 터지게 되죠! 순간적으로 이런 현상이 일어나면서 파파파팍 소리와 함께 기름이 같이 튀게됩니다!한 번에 물을 아주 많이 넣으면물이 증발하기 전에 기름 온도가 먼저 떨어져서 파파팍 안 튈수도 있을 것 같지만아시다시피 물과 기름은 잘 섞이지 않기 때문에과량에 물을 넣으려다 그 위에 뜬 뜨거운 기름만 넘쳐 흐를 수 있습니다!(기름 화재 발생 시 물을 부으면 안되는 이유지요!!)그래서 기름 화재 발생 시에는 불을 끄고물 대신 과량의 음식물이나 마요네즈를 넣으세요!
화학
Q. 냄비에 세제를 좀 탄 물을 담아놨는데
안녕하세요.결론부터 말씀드리면세제는 처음부터 끝까지 액체에 퍼져 존재하고 있고(세탁물에 오염원이 많으면 세제가 오염원을 둘러싸고 물속에 퍼트린 상태로 있을 수는 있지만!)거품은 그냥 있다가 터져 없어진 것입니다!세제는 여전히 물에서 오염원을 둘러싸고 있으므로 냄비와 세탁물은 깨끗이 잘 씻어줘야 하죠먼저 거품은,어떤 액체가 기체를 내포하여 가두고 있을 때 생성/유지 됩니다. 다시말해 거품이 없어지는 것은 액체가 얇은 막 형태로 퍼져서 가두고 있던 기체를 놓치는 것이지요! 일반적으로 기체는 공기이므로액체의 성질이 '기체를 잘 가둘 수 있느냐' 에 따라 거품의 생성량과 유지력이 정해집니다.앞서 '얇은 막 형태로 퍼져' 있다고 말씀드렸는데거품을 잘 만드는 액체 조건 첫번째가 바로잘 퍼지는가? 입니다.세제 비누 등을 포함한 계면활성제는 친수성부분과 소수성부분으로 이루어져 있어 액체의 표면장력을 약화시켜 액체가 잘 퍼지도록 해줍니다.얇은 막 형태로 기체를 가두기위해서는 기체를 돔 형태로 가둬야 하므로 액체 저들끼리 모여있기보다는 잘 퍼져야하죠오염원=소수성=물에 잘 안녹는 것은 세제의 소수성 부분이 둘러싸고 친수성 부분은 물을 불러와서 결과적으로 물이 오염원을 떼어내 물 속에 퍼지게 하죠두번째 조건은 점성입니다점성은 저들끼리 모여있는 성질이라기 보다는 형태를 유지하는 힘입니다.공기가 포집된 거품 형태를 유지하기 위해 점성이 다소 있는 액체가 유리하죠(비누 방울만드는 장치에 세제와 물만 넣는거보다 설탕을 같이 넣으면 점성이 생겨 비누방울이 더 잘생깁니다! 닦기는 더 어렵겠죠..ㅎㅎ...)거품이 생성되는 것 유지되는 것은 위와같은 액체 성질에 의해 결정되지만결국에는 중력, 환경변화 등에 의해 돔 형태를 이루던 액체가 아래로 모이면서 가두고 있던 기체가 터져시간이 지나면 거품이 사라지게 됩니다
지구과학·천문우주
Q. 높은곳에 떨어지는 빗방울은 왜 안 아픈걸까요?
안녕하세요. 김동민 과학전문가입니다.떨어지는 물체의 운동에너지(아픈정도)는물체의 무게와 속도의 제곱에 비례합니다E= 1/2mv^2즉 빠르고 무거우면 아픈거죠!작성자께서 걱정하신 것은 아마 무게보다는 높은 곳에서떨어지는 빗방울의 속도가 고민이셨을 것 같습니다일반적으로 지구에서 떨어지는 물체는 지구 중력에 의해 가속되며 점점 빨라지지만빨라지는 만큼 지구의 대기(공기)에 대한 저항이 쎄집니다.가속하는 힘(중력)과 저항하는 힘(공기저항)이 같아지는 순간 더이상 빨라질 수 없는=속도가 일정해지는 순간이 생기는데 이때의 속도를 종단속도라고 합니다. 공기저항은 물체마다 다르기때문에 종단속도도 믈체마다 달라지는데 공기저항이 클 수록 종단속도에 빨리 도달하여 물체 속도가 빠르지않게 됩니다.깃털이 아무리 높이서 떨어진다해도 빨라지지도, 맞아서 아프지도 않는 것과 같죠!계산상 4000~5000m 상공에서 떨어지는 빗방울은중력가속도만 고려했을 때 지상에 300m/s보다 빠르게 낙하할수 있습니다.총알이 600~1000m/s 정도니 엄청빠르죠하지만 실제로 빗방울은 공기저항때문에 2~20m/s 정도로 떨어진다고 합니다.가벼운데 속도도 그다지 빠르지않으니아프지않겠죠!?