안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 진공에서는 무거운 물체와 가벼운 물체가 떨어지는 속도가 같나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.진공 상태에서는 공기에 의한 저항이 없기 때문에 동일하게 작용하는 중력 가속도에 의해 가벼운 물체와 무거운 물체는 동시에 떨어집니다. 중력가속도는 물체가 떨어질 때 1초당 증가되는 속력을 의미합니다. 즉, 무겁든 가볍든 똑같이 증가되죠. 하지만 공기중에 있을 때에는 공기저항이라는 마찰이 작용하여 다르게 떨어집니다. 조금 더 물리적으로 설명하면,이 상황에서 물체(무거운 물체, 가벼운 물체)에는 중력이 작용 합니다. 중력은 질량과 중력가속도의 곱으로 주어지죠. 그리고 이 중력에의해 자유낙하 운동을 합니다. 자유낙하 운동은 등가속도 운동으로 일정한 가속도가 작용하는데, 이 때 작용하는 가속도는 중력 가속도입니다. 즉, 가벼운 물체이나 무거운 물체에 작용하는 가속도는 중력 가속도(9.8m/s^2)로 동일하게 작용하죠. 그래서 똑같은 속력으로 동시에 떨어지는 것입니다.그런데, 이 상황에서 가벼운 물체와 무거운 물체의 질량이 다르기 때문에 중력은 무거운 물체에 더 크게 작용합니다. 하지만 중력가속도는 지구 상에 같은 높이에 있는 모든 물체에 동일하죠.
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Q. 혜성에 대해서 알고싶어요 궤도가 있는건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태양은 거대한 질량체이며, 행성이나 혜성 또한 질량을 가지고 있어 서로간에 만유인력(중력)이 작용합니다. 그리고 물리학(고전역학)에서 태양과 행성, 태양과 혜성과 같이 두 질량체 사이에서의 운동을 기술할 수 있습니다. 이 때 운동 초기(생성 초기)에 갖고 있는 에너지(회전 에너지), 각운동량(회전 운동량) 등에 의해 물체의 운동이 결정됩니다. 두 물체 사이에 각운동량(회전량)이 있을 경우에 가능한 궤도 운동으로는 원 궤도, 타원 궤도, 쌍곡선 궤도, 포물선 궤도 운동이 있습니다. 그래서 대부분의 행성들이 타원 궤도 운동을 하는것이죠. 혜성 또한 타원 궤도 인데 긴 궤도(긴 장반경)의 운동을 하는것입니다. 그래서 몇십년에 한번 씩 등장하는 혜성도 존재하죠. 물론 쌍곡선 궤도나 포물선 궤도를 가지고 있는 혜성도 존재하며 태양 근처로 한번 왔다면 그 뒤로는 영원히 볼 수 없습니다.
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Q. 우주를 구성하는 원소 중에 수소, 헬륨, 산소 순서로 많다고 들었습니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 다른 행성 내에도 수소와 산소가 존재하면 전기적 자극을 주어 물을 만들 수 있습니다. 또한, 영화 마스에서와 비슷한 실험을 진행해서도 물을 만들어낼 수 있죠.
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Q. 우리나라도 외국처럼 허리케인이 불 수 있게 될 수 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍과 허리케인은 같은 것입니다. 다만 지역에 따라 부르는 명칭 때문에 우리나라에 허리케인이 안오는 것처럼 생각되죠.태풍은 태양 에너지를 많이 받는 적도부근의 바다에서 만들어집니다. 적도 부근에서 태양 에너지를 받아 물이 증발하여 상승하며 구름이 다수 만들어집니다. 여름이나 가을에 적도 부근에서는 이러한 구름이 거대한 저기압 시스템으로 발달하게 되는데 이를 태풍이라고합니다. 태풍은 바람의 흐름을 타 중위도, 고위도까지 올라옵니다. 올라올때 바다 위를 지나면서 오는데 바다로부터 증발한 수증기를 머금고 세력을 키우며 올라옵니다. 그래서 우리나라나 다른 나라를 강타하죠. 태풍은 육지내에서 더 이상 수증기를 공급 받지 못하기 때문에 세력이 약해지며 소멸합니다.토네이도는 기체나 유체의 흐름 중 난류에 의해 생길 수 있습니다. 보통 우리 주변에서도 난류가 흔히 발생하지만 강한 상승기류(강한 저기압)와 강한 바람을 만나지 않는 이상 토네이도가 쉽게 생기지 않습니다. 미국에서는 강한 바람이 부는 상황에서 난류가 발생해 상승기류를 거대한 토네이도가 자주 생기죠. 우리나라에서도 상승기류와 난류(바람)가 있어 토네이도가 가끔 생기지만 크지도 강하지도 않아 금방 소멸됩니다. 물론 간혹 큰 토네이도가 생길 때도 있습니다. 즉, 우리나라에도 토네이도가 발생한 사례가 있으며, 토네이도와 같은 원리인 용오름도 관측이 됩니다.
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Q. 태양이 오랜기간 뜨겁게 불탈수있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태양에서 빛(열)이 나는 이유는 핵융합 반응에 의한 것입니다.태양은 별 중에 하나로, 별은 주로 핵융합 반응에 의해 빛과 에너지를 방출합니다. 태양에서 일어나는 핵융합 반응은 원자(원자핵) 2개가 더 큰 원자(원자핵)이 되는 반응입니다. 이 과정에서 반응전 원자(원자핵) 2개의 질량을 더하면 반응 후 원자(원자핵) 질량보다 큰 것을 알 수 있는데, 반응 과정에서 질량 손실이 에너지(빛, 열)로 변한 것이죠. 이를 핵융합반응이라고합니다. 이 때 손실된 질량이 에너지로 변하는 과정은 E=mc^2을 통해 계산할 수있습니다.태양의 수명은 100억년 정도이고, 현재 태양의 나이는 46억년 이라고 밝혀져 있으며, 46억년은 더 뜨겁게 활활 타오를 수 있죠.