안녕하세요 김두환 전문가입니다.
토목공학
Q. 기찻길을 자세히 보면 레일 위에 자갈들이 깔려 있는 것을 볼 수 있는데요 왜 레일 위에 자갈들을 많이 깔아 놓은 건가요?
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 것입니다.
토목공학
Q. 태풍의 위험반원은 왜 오른쪽이에요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍의 진행방향에 대해 오른쪽, 왼쪽의 강도는 태풍의 회전 방향과 관련이 있습니다. 북반구에서의 태풍은 반시계 방향으로 회전하죠. 그리고 진행방향은 보통 북쪽을 향합니다. 이러한 태풍의 오른쪽 부분을 보시면, 반시계 방향으로 회전하고 진행방향이 북쪽이므로 오른쪽 부분은 회전속력과 진행방향의 속력이 더해져 바람이 강합니다. 반대로 왼쪽 부분에서는 회전속력과 진행방향의 속력이 반대이므로 차감되는 효과로 인해 바람이 태풍의 오른쪽 부분에 비해 약하죠. 그래서 북반구에서는 태풍의 오른쪽에 위치하면 왼쪽에 위치할 때보다 강한 바람이 불게 되는 이유가 되는 것이죠.
토목공학
Q. 태풍이 올때 왜 오른쪽이 더 피해가 심하다고 하나요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍의 진행방향에 대해 오른쪽, 왼쪽의 강도는 태풍의 회전 방향과 관련이 있습니다. 북반구에서의 태풍은 반시계 방향으로 회전하죠. 그리고 진행방향은 보통 북쪽을 향합니다. 이러한 태풍의 오른쪽 부분을 보시면, 반시계 방향으로 회전하고 진행방향이 북쪽이므로 오른쪽 부분은 회전속력과 진행방향의 속력이 더해져 바람이 강합니다. 반대로 왼쪽 부분에서는 회전속력과 진행방향의 속력이 반대이므로 차감되는 효과로 인해 바람이 태풍의 오른쪽 부분에 비해 약하죠. 그래서 북반구에서는 태풍의 오른쪽에 위치하면 왼쪽에 위치할 때보다 강한 바람이 불게됩니다.
전기·전자
Q. 태양열 발전기는 어떤 과학적 원리로 에너지를 생성하는지요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태양열 발전은 태양으로부터 받은 열을 이용해 물을 끓여 증기를 발생시킨 뒤, 이 증기로 터빈을 돌려 전기에너지를 얻어냅니다. 전자기 유도 현상이란 코일(도선)이 있고, 코일 주변에 자석(또는 전자석)이 움직이거나 자기력이 변화하고 있을 때 코일(도선)에 유도 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 태양열을 이용해 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 터빈 끝에 달린 자석이 코일 주변으로 회전하거나, 또는 터빈 끝에 달린 코일이 자석 주변으로 회전하면서 코일에서 유도 전류가 발생하는데 이를 모아 전기로 사용하는 원리입니다. 회전 방향과 상관없이 코일에 전류를 모아 전기에너지로 사용할 수 있는 것이죠.참고로 태양광 발전은 광전효과에 의해 전류를 얻는 발전기입니다. 광전효과란 금속에 빛(광자; 전자기파;)을 쪼으면 금속 표면에 있던 자유전자가 튀어나와 전류를 만드는 현상입니다. 그리고 자유전자가 금속을 탈출하기 위한 에너지가 필요한데, 이 최소 에너지의 크기를 일함수라고합니다. 즉, 자유전자는 일함수의 크기만큼이나 더 큰 운동에너지를 가져야 탈출이 가능합니다. 그리고 자유전자가 운동에너지를 가질 수 있는 방법은 외부 빛(광자)과 충돌하는것이죠. 이 때 충돌하여 에너지를 얻는 정도는 빛의 에너지에 의존됩니다. 빛 에너지가 강할수록 다시말해 빛의 진동수가 높을수록(파장이 짧을 수록) 자유전자가 받는 에너지가 크게됩니다. 그리고 금속의 종류에 따라 일함수가 다른데, 대부분의 경우에는 자외선 영역대의 빛을 쬐여주면 자유전자가 튀어나와 전류를 만듭니다. 그래서 태양광 발전에는 태양에너지중 높은 에너지를 가진 빛인 자외선영역대의 빛이 주요한 빛이라고 할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에 관해서 궁금한 점 몇가지 있습니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.1. 우주는 과거부터 현재까지 지속적으로 팽창하고 있습니다. 또한 현재 관측 가능한 우주의 크기는 지구 중심으로부터 관측 가능한 우주까지의 거리가 465억 광년(빛의 속도로 465억년 이동해야 갈 수 있는 거리)이라고 합니다. 이는 관측 가능한 선 내에서 우주의 크기를 추정한 것으로 전체 우주는 이보다 훨씬 클 수 있습니다.2. 단정지을 수 없습니다. 현재 관측가능 범위가 실제 우주 범위보다 작기 때문에 미지의 영역이라 알 수 없습니다. 단순히 이론이 존재할 뿐이며, 언제쯤 전부 밝혀낼지도 아직 모릅니다.
지구과학·천문우주
Q. 태풍이 바다에 있으면 강력해지는 이유??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍의 강도는 수증기량과 저기압 시스템의 발달과 관련이 있습니다. 바다를 지나면서 증발되는 수증기를 머금고 태풍이 강해질 수 있습니다. 하지만 육지에 들어온 태풍은 더 이상 수증기를 공급받지 못하며, 바다에서보다 육지에서 저항이 크게 작용해 태풍이 점점 약해지는 것입니다.
화학
Q. 태풍의 경로가 바뀌는 이유가 궁금합니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍의 경로는 지역의 기압차, 온도차에 의한 바람의 방향 영향을 받습니다. 중위도에서는 편서풍이 불어 태풍이 동쪽으로 휘는데 항상 동쪽으로 휘는것은 아닙니다. 중위도에서는 대부분 편서풍이 불지만, 기압차에 의햐 동에서 서로 바람이 불때도 있고, 북에서 남으로 바람이 불때도 존재합니다. 그래서 태풍은 바람이 부는방향을 따라 이동하기 때문에 중국으로 상륙하는 경우도 있고 일본으로 휘어져 가는 경우도 존재하게 되는 것이죠. 또한 100% 완벽한 예측은 어려우며 언제든 방향이 바뀔 가능성이 있습니다.
물리
Q. 가우스건 실험에서 운동량보존법칙이 일어나지 않는이유
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.가우스건의 경우 자석의 자기력으로 가속하기 때문에 자기력이 외력이 되어 운동량이 보존되지 않습니다. 구슬에 자기력을 가해 가속시기는 원리이기 때문에 굉장한 속력을 낼 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주를 볼 때 왜 달 뒷편은 보이지가 않나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우리 지구에서 달을 볼때 달의 한면만 볼 수 있는데, 그 이유는 달의 자전 주기와 공전주기가 동일하여 한면만을 볼 수 있습니다. 그래서 달의 모양이 변하지 않고 항상 같은 모습을 띠고 있는 이유입니다. 굉장히 신기한 경우입니다. 완전히 일치하지 않고서는 이러한 일이 일어나지 않기 때문이죠.
지구과학·천문우주
Q. 천둥번개가 바다에 치면, 바다속에 있는 물고기는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네 바다에도 번개가 칠 수 있습니다. 만약 바다에 번개(전자의 흐름)가 치게 되면 번개는 바다의 표면으로 퍼지게 됩니다. 왜냐하면 바닷물로 들어온 전자(번개에 의해)는 물 속을 뚫고 내려가는 것보다 바다 표면을 따라 이동하기 때문입니다. 왜냐하면 번개가 치면서 전기장이 발생되는데, 이 전기장이 물 분자를 분극(+,-극을 나눔)시키기 때문입니다. 분극된 바다물은 바닷물 표면에 전하 분포를 띠게 되고 이 전하분포에 이끌려 번개(전자(-))가 퍼지게 되는것이죠. 그리고 분극된 바다 내부는 중성이라고 생각하시면 됩니다. 그래서 번개 친 경우 바닷속은 안전하게 됩니다.