안녕하세요 김두환 전문가입니다.
Q. 직선운동하는 공이 비스듬한 벽에 충돌할때 입사각=반사각?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.물체에 힘을 가할경우 물체가 찌그러지거나, 움직이게됩니다. 찌그러지는 상황은 배제하고 물체에 힘을 가하면 움직입니다.정지한 물체에 대해 오른쪽으로 힘을주면 오른쪽으로 움직입니다. 이 때 오른쪽으로 3m/s로 움직이게끔 충격을 가한다고 생각하면 오른쪽 방향으로 3m/s로 움직입니다.또한, 앞으로 3m/s로 움직이는 물체에 오른쪽방향으로 3m/s로 움직이게 힘을 주면, 정확하게 대각선으로 움직입니다. 왜냐하면 앞으로 3m/s움직이는 속력은 변화하지않고 오른쪽 방향으로 3m/s의 속력이 추가되기 때문이죠. 그리고 벽으로 3m/s로 정면으로 충돌할 경우(완전탄성충돌) 반대로 3m/s로 튀어나옵니다.이를 고려하면, 비스듬한 경사로 v의 속도(빨간색선)로 움직이는 물체가있을 때 v의 속도를 비스듬한 경사와 나란한방향의 속도(노란색선)와 수직한 속도(주황색선)로 분해할 수 있습니다. 주황색 속도의 경우 벽면에 정면으로 충돌하는 경우로 충돌후에는 반대로 튀어나옵니다. 그리고 비스듬한 경사와 나란한 방향의 속도(노란색선)은 비스듬한 면과 충돌해도 그 속도 그대로 유지됩니다. 왜냐하면 힘을 받는 방향과 움직이는 방향이 수직하기 때문이죠. 즉, 충돌후 속도 v(보라색선)는 충돌전에 비해 방향이 꺽여있습니다. 이 때 입사각과 반사각이 같은 이유가 비스듬한 면과 수직한 성분의 속도의 방향만 변하고 크기가 같기 때문이죠.
Q. 핵분열과 핵융합의 차이와 에너지효율이 궁금합니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.핵융합을 구현하기위해서는 고온, 고압의 환경이 갖춰줘야합니다. 핵분열의 경우 고온, 고압의 환경이 갖춰지지 않아도 분열을 통해 에너지를 얻어낼 수 있는 반면, 핵융합은 고온 고압의 환경에서 융합이 일어나 에너지가 생산됩니다. 현재는 핵융합을 통해 에너지를 얻는것보다, 핵융합을 구현할 환경을 조성하는데 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 핵분열에 의한 에너지를 사용합니다. 핵분열은 불안정한 원자(우라늄, 플루토늄, 라듐 등)에 중성자를 충돌시켜 불안정한 원자가 다른 원자로 변하며 결손되는 질량이 발생하는데, 이 결손된 질량이 에너지로 전환됨에 따라 에너지를 얻어지는 것입니다. 불안정한 원자에 중성자를 충돌 시킴으로써 붕괴를 시키는데 붕괴시 중성자와 에너지가 발산됩니다. 그리고 충돌한 중성자는 다른 불안정한 원자를 충돌시키고, 붕괴되며 나온 중성자 또한 다른 불안정한 원자를 충돌시킵니다. 그리고 다시 붕괴되어 방출된 중성자와 충돌 후의 중성자가 다른 원자에 충돌하게 되죠. 이 반응(1->2->4->8->16...)이 연쇄적으로 일어나 많은 양에 에너지를 얻을 수 있습니다. 이 때 질량 손실에 의해 얻어지는 에너지는 E=mc^2에 의해 계산할 수 있습니다. 만약에 1g의 질량 결손만으로 9000만 줄(J)의 에너지가 생성될 수 있어 굉장한 효율을 낼 수 있죠.추가로 핵융합의 경우 원자핵과 원자핵이 만나 더 큰 원자핵을 만들게되면서 손실된 질량으로부터 에너지가 발생됩니다. 그런데, 원자핵(+)과 원자핵(+)이 만나기 위해선 굉장한 에너지가 필요합니다. 즉, 결합하게 하는 에너지를 고온, 고압 환경으로 제공하는 것이죠.
Q. 초전도체를 이용한 전자기기들은 발열이 없나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 초전도체는 특성상 전기저항이 0이되기 때문에 발열이 발생하지 않습니다. 그래서 모니터나 노트북, 스마트폰 등 전자기기 내 회로를 전부 초전도체를 활용한다면 발열이 없을 수 있습니다.
Q. 치킨을 튀기면 더 맛있는 건 어떤 과학적 원리인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.맛있는 것은 과학적이기보다 입맛이 길들여졌거나 맛있다고 느끼는 개인적인 기준 때문입니다. 맛있는 것으로 따지면 치킨보다 백숙이 더 맛있다고 느낄수도 있습니다. 맛은 객관적인 기준이아닌 주관적인 기준이라고 말씀드릴 수 있습니다.
Q. 사람이 물위를 달리려면얼마나빨라야할까요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.물 위를 달릴 수 있는 속력은 시속 120km로 정도입니다. 이 정도 속도 이상이면 도구 없이도 물 위를 달리실 수 있습니다. 이는 표면장력을 사용한 원리로 사람이 시속 120km 이상으로 달리면 가능한 일이 됩니다!