안녕하세요 김두환 전문가입니다.
토목공학
Q. 기찻길은 자갈을 깔아두었나요 그이유를 알고싶어요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.비가 왔을시에 배수효과가 좋기 때문입니다. 흙일 경우 물을 머금기 때문에 배수효과가 좋지 않지만 자갈의 경우 물을 머금지 않고 흘려보냅니다. 그렇기 때문에 배수효과에 뛰어난 자갈을 사용한 것이죠. 또한, 진동을 흡수하는 역할도 해줍니다. 자갈 종류는 일반적인 작은 돌이라고 생각하시면 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구상 물질 중에서 밀도가 가장 높은 물질은?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.현재까지 알려진 밀도가 가장높은 물질은 중성자별과 블랙홀입니다. 이들은 양자역학에서 예측하는 전자(electron), 양성자(positron)과 같은 페르미온의 축퇴압을 깨버리고 응축한 물질로 가장 밀도가 높습니다.
지구과학·천문우주
Q. 시간과 빛의 관계에 대해 궁금합니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.상대성이론에 따라 시간의 흐름은 절대적인 것이 아닙니다.관찰자에 따라 시간이 다르게 흐를 수 있습니다. 이를 이해하기 위해서는 먼저 빛의 속력은 어느 관찰자에 대해서나 일정하다는 사실을 알아야합니다.만약 초속 10m/s로 달리는 차량에서 달리는 방향으로 빛을 쏜다면, 차량 밖에 정지한 사람이 측정한 빛의 속력과 차량내의 사람이 측정한 빛의 속력은 얼마일까요?놀랍게도 모두 빛의 속력이 30만 km/s로 동일합니다. 이는 실험적으로도 증명된 사실입니다. 보통의 물질(예를들어 공)은 차량에서 30m/s로 던지게 되면 차량 내의 사람이 볼 때에는 30m/s로 날아가며, 차량 밖 정지한 사람한테서는 40m/s로 날아갑니다. 관찰자에 따라 다르게 측정되죠. 하지만 신기하게도 빛은 그 어떤 관찰자에게도 동일한 속력으로 날아갑니다.이러한 빛의 특징은 굉장히 강력하게 작용할 수 있습니다. 어떠한 척도가 될 수 있습니다. 어느 관찰자에 대해서나 빛의 속력은 일정하니 이를 이용하여 시간을 잴 수 있습니다. 빛이 30만km를 이동하는데 1초가 걸리므로, 특정 거리를 이동하는 정도를 시간을 측정할 수 있습니다. 대표적인 예시로 달리는 기차내의 관찰자와 기차 바깥에 정지한 관찰자 사이에 시간측정이 있습니다. 달리는 기차 내에 위아래로 거울을 설치하여 빛을 왕복운동시킵니다. 또한, 기차 밖 정지한 사람 옆에도 똑같이 거울을 설치하여 빛을 왕복운동시킵니다.기차 바깥의 정지한 사람을 기준으로 생각해봅시다. 기차 바깥의 빛이 왼쪽 그림처럼 왕복운동할 때,기차 내에 있는 빛은 오른쪽 그림처럼 기차 방향을 따라 대각선 방향으로 이동하는 것 처럼 보이죠. 즉, 기차 바깥에 있는 사람이 관측하기에는 기차 내에 있는 사람이 빛을 볼 때 그림의 왼쪽과 같이 빛이 이동했을 것이라고 판단합니다.즉, 기차 바깥에는 첫번째 사진의 왼쪽처럼 빛이 이동한 경로가 길지만, 기차 안의 빛이 이동한 경로는 거울과 거울사이 간격밖에 되지 않습니다. 그리고 여전히 빛의 속력은 기차 안이나 밖이나 동일하죠. 즉, 기차 바깥에 정지한 사람에게 있어, 기차 바깥의 사람의 시간이 많이 흘렀고, 기차 내의 시간이 적게 흘렀다고 판단합니다.물론 반대로 기차 내의 사람의 입장에서는 반대로 생각됩니다. 왜냐하면 움직임은 상대적으로 느끼기 때문에 시간의 흐름도 상대적으로 느끼죠. 이러한 것이 특수상대성이론의 결과입니다.이처럼 일반 상대성이론에서는 가속운동 혹은 중력장 내의 상황에서 시간의 흐름을 다룹니다. 중력이 강한, 혹은 가속도가 큰 경우에 있어서는 중력이 작거나 가속도가 작은 경우보다 시간이 느리게 흐릅니다. 상대성 이론은 실험적으로 증명된 사실이며, 시간은 더이상 절대적이지 않다는 것을 알려주었죠.
전기·전자
Q. 정전기로도 전기에너지를 생산할 수 있다던데 정말 가능한가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.정전기는 마찰에 의해 발생할 수 있습니다. 그리고 이 마찰을 이용하여 정전기를 모을 수 있는 방법이 있습니다. 이미 발명을 하였고 기술을 계속 성장시키고 있습니다. 이를 이용한 기술이 마찰전기 에너지 하베스팅 기술입니다. 마찰에 의해 발생하는 전기를 에너지로 충전시키는 기술이죠. 하지만 이 기술은 아직 큰 효율을 발생하지 않기 때문에 상용화하진 않고 있으며, 전자기기내에 부가적으로 기술을 장착하여 효율을 내고자하는 방법으로 기술을 발전시키는 중이라고 알려져있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지속적으로 우주를 탐사하는 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우주탐사의 목적은 호기심과 기술의 지속적인 발달과 깊은 연관이 있습니다. 먼저 우주는 인류가 전부 파악하지 못한 곳이기 때문에 호기심이 있고, 이 호기심을 충족시키기 위해 탐사를 하는 것이죠. 우주를 탐사하기 위해 탐사선, 탐사로봇을 보내거나, 유인 우주선을 보내는 일을 합니다. 이 과정에서 탐사선, 탐사로봇, 유인 우주선에 들어가는 기술은 고급기술이 되며 우리 삶에도 적용가능한 기술로 영향을 받을 수 있습니다. 또한, 우리는 우주에 대해 아직 밝혀내지 못한 부분이 많고 이부분은 밝혀냄으로써 과학과 기술의 발전으로도 이어질 수 있기 때문이죠.
전기·전자
Q. 전기는 어떻게 물속에서도 통하나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.눈에는 보이지 않지만 물 속에는 다양한 이온들이 녹아 있습니다. 이러한 이온은 전하를 띠고 있고 전류를 잘 통하게 하는 특징을 가지고 있습니다. 맨손에는 이온이 거의 없기 때문에 전류가 잘통하지 않지만, 물에는 이온이 많아 전류가 더 잘통할 수 있는 것이죠.반대로 전기가 잘 통하지 않는 물질은 대표적으로 나무, 고무 등이 있습니다. 이러한 물질에는 이온이나 자유 전자가 거의 없기 때문에 전류가 잘 통하지 않습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에는 정말중력이 없나요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.텅 빈 우주에는 중력이 없습니다. 중력은 질량체가 존재하면 생기게 됩니다. 이는 만유인력 때문입니다. 만유인력이란것은 질량을 가진 두 물체는 서로 끌어당기는 힘입니다. 텅빈 우주 공간에는 질량이 없기 때문에 중력이 없습니다. 하지만 사람이나 물체가 있으면 아주 작은 중력이 만들어질 수 있습니다. 물론 거의 무시할 정도입니다. 또한, 지구 주변 우주의 경우 지구의 중력이나 달의 중력 태양의 중력이 있습니다. 지구와 가깝기 때문에 지구 중력이 가장 강하게 작용하게 됩니다. 실제로 둥둥 떠있는 것처럼 보이지만 사실 지구로 낙하하는 상태입니다. 이 때에는 자유낙하하기 때문에 중력이 없는 것 처럼 느껴질 수 있습니다. 우리가 바이킹을 탈 때 순간적으로 붕 뜨는 느낌이 드는 거처럼요.
지구과학·천문우주
Q. 과학 문제중 케플러법칙 문제 도와주세
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.케플러의 법칙중 주기와 공전 반경에 대한 식을 이용하여 풀면 좋을 듯하네요. 중심 천체인 명왕성의 질량과 위성의 질량 정보를 알고, 각각의 반경을 알게되면 공전주기를 구할 수 있는 식입니다. 이를 이용하여 계산해보시길 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주라는 공간은 끝이 존재하는 공간인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우주의 끝은 누구도 알 수 없습니다. 우리가 관측할 수 있는 우주는 실제 우주의 크기보다 훨씬 작습니다. 우리 우주의 전체도 관측하지 못하기 때문에 우주의 끝 또한 관측할 수 없어서 알지 못하죠. 현재로썬 알지못하기 때문에 상상과 호기심만 남게되는게 아쉽긴 합니다.
전기·전자
Q. 물리)전기의 흐름에서 병렬과 직렬에 대한 에너지 흐름에 대한 정의를 예시를 통해서 설명 받고 싶어요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.전지의 직렬과 병렬 연결의 경우 전기 에너지는 직렬 연결이 강합니다.보통 전기 흐름은 물에 비유를 많이합니다. 두 페트병에 물의 높이를 다르게 채워 둔 채로 아랫 부분에 구멍을 뚫게되면 물의 높이가 높은 쪽에서 물이 더 빠르게(수압이 강하게) 나오게됩니다. 만약 둘레가 큰 페트병과 둘레가 얇은 페트병이 있다고 쳤을 때 둘레가 큰 페트병은 병렬연결이라고 생각하시면됩니다. 그리고 물이 채워진 높이가 높은 것이 직렬연결이라고 생각하시면 됩니다.즉, 병렬 연결한 경우는 전지의 용량이 큰 경우이며 오래 사용할 수 있습니다. 하지만, 시간당 전기에너지는 직렬연결보다 작게됩니다.직렬 연결의 경우 전류가 강하게 흐르며 시간당 전기에너지가 병렬연결보다 강합니다. 하지만, 용량은 병렬연결보다 작기 때문에 오래가지는 않습니다.