안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 물 위에 떠 있는 기름을 보면, 무지개빛이 나던데 왜 그런가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.빛은 전자기파로 전기장과 자기장의 진동인 파동입니다. 이러한 파동이 기름과 같은 특정한 물질을 통과할 경우에는 각 면에서 반사와 투과가 일어납니다. 즉, 두번의 투과와 반사가 일어나게 됩니다.그리고 파동은 간섭을 할 수 있습니다. 같은 위상의 파동이 만나면 증폭되고 반대 위상의 파동이 만나면 상쇄간섭을 하게 되죠.그래서 물위에 기름이 떠있고, 기름막의 두께가 부분부분 다를 수 있습니다. 이 때 두께가 변함에 따라 들어가는 빛과 각 면에서 반사되는 빛이 간섭하여 증폭되고 상쇄되는 것이 반복됩니다. 또한, 백색광 빛은 빨~보라색 까지의 가시광선을 가지고 있으며 색마다 파장이 다릅니다. 파장이 다름에 따라 굴절률이 다르며, 반사되어 나올 때 간섭하는 정도도 다릅니다.아래 그림에서는 1번면, 2번면에서 각각 반사가 일어나 빛이 간섭하는데, 서로 위상이 반대라 상쇄간섭이 일어나 어둡게 보일 수 있습니다. 기름의 두께가 늘어나면 2번에서 반사되는 빛의 위상이 1번의 위상과 같아질 때가 있는데, 이 때에는 보강간섭하여 색이 선명하게 됩니다.두께와 빛의 색의 파장에 따라 보강, 상쇄 간섭을 다르게 일으키고, 굴절률에 따라 굴절되는 정도가 다르기 때문에 물에 뜬 기름에서 빨주노초파남보가 보일 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 옷은 검은색이 태양열 흡수 잘한다던데 양산은 검은색 쓰라는 이유?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.흰색은 빛을 반사하고, 검은색을 빛을 흡수하게 됩니다. 양산의 윗부분은 흰색이고, 내부는 검은색이면 최적의 조건이라고 생각됩니다. 하지만 보통 양산의 바깥부분과 안쪽 부분의 색은 같기 때문에 검은색 양산이 더 좋습니다. 왜냐하면 흰색 양산의 경우 내부의 색도 흰색인데, 땅에 반사되거나 물체에 반사되어 들어오는 빛이 양사 내부에서 반사되기 때문에 빛을 받는양이 많아지게됩니다. 반면에 검은색인 경우 들어오는 빛에 대해 흡수하기 때문에 반사되는 빛이 없어 우리가 받는 빛의 양이 줄어들어 더 시원할 수있죠.
생물·생명
Q. 초파리가 생겨나는 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.날파리, 초파리는 미세한 틈을 타서 들어와 당이나 산이 가득한 음식에 알을 낳기도 하지만, 애초에 우리가 샀던 과일 껍질에 알이 있을 가능성도 있습니다. 그래서 우리가 과일을 먹고 방문을 닫아놓거나 화장실 문을 닫아놔도 초파리가 생길 수 있죠. 그래서 과일을 다 먹고 남은 음식물을 밀폐하여 보관하거나 빠르게 버리는것이 가장 좋습니다. 날파리는 번식력이 빨라 개체수가 금새 늘어날 수 있습니다.
전기·전자
Q. 초전도체에 대해 설명 부탁드립니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.초전도체는 특정 온도이하로 떨어지게 되면 전기저항이 0이 되며, 저항에 의한 열이 없어 전력 손실이 최소화 됩니다. 또한, 자기장의 차단하는 특징(마이스너 효과)이 있어 자석을 가져다 대면 자석이 뜨는 신비한 특징을 지니고 있습니다.또한, 자속(특정 면적을 통과하는 자기장)이 양자화되는 성질을 가지고 있으며, 초전도체와 초전도체 사이에서 전자쌍이 터널링하는 양자효과도 볼 수 있으며, 양자 효과인 위상 간섭이 일어나기도 합니다.이러한 특징 때문에 초전도체는 자기부상열차, 양자 컴퓨터의 기반이되는 큐빗(양자 중첩, 얽힘)을 구현하는데 유용하게 사용될 수 있으며, 전력손실이 0에 가깝기 때문에 전자기기의 회로나 우리가 흔히 보는 전깃줄 등 전기가 통하는 모든 곳에 회로로 사용하면 굉장한 효율을 낼 수 있다는 장점이 있죠. 최근 이슈되는 초전도체는 상온 초전도체로 맞는지 검증과 검토가 필요하며, 조금 더 기다려봐야 확실한지 알 수 있습니다. 만약 맞다면 상용화까지도 시간이 걸릴 것으로 예상되며 10년안으로 자리잡을 듯 하네요.
토목공학
Q. 맨홀뚜겅은 왜 다 원형으로 되어 있는 건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.맨홀뚜껑은 뚜껑이 빠지지않게 설계된 것입니다. 원형인 맨홀 뚜껑은 어느 방향으로 돌려도 지름이 가장 긴 길이가 되어 빠지지 않습니다. 하지만 삼각형, 사각형의 경우 대각선 방향으로 특정 방향의 모서리가 빠질 수 있습니다. 이러한 이유로 맨홀뚜껑을 원형으로 디자인하였습니다.
지구과학·천문우주
Q. 태풍은 왜 빙글빙글 도는건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.코리올리(전향력)에 의해 북반구에서는 태풍이 반시계방향으로 돌게됩니다.(싱크대 물이 반시계방향으로 빠지는 것도 같은 원리입니다.) 태양, 지구를 위에서 바라볼 때 지구는 반시계 방향으로 자전합니다. 그리고 이상황에서 우리가 적도에서 물체를 북극 방향으로 쏘았다고 상상해보죠. 지구는 반시계방향으로 자전하고 있기 때문에 지구에서 본 관찰자 입장에서는 분명 물체를 북극방향으로 쐈는데 오른쪽으로 휘어서 날아갈 것입니다. 왜냐하면 적도에서 자전속도로 인해 오른쪽으로 운동하려는 관성이 작용하기 때문이죠. 이 관성은 적도에서 자전 속력이 가장 빨라 지구의 북반구보다 강합니다. 이를 코리올리 효과라고 하며, 마치 지구 관찰자의 입장에서 힘을 받는거 처럼 느껴지기 때문에 관성력으로 분류됩니다. 그리고 북반구에서 태풍이나 배수구에서 회전 방향이 반시계 방향인지도 바로 이해가 가실겁니다. 태풍이나 배수구의 경우는 위쪽 유체는 아래쪽으로 이동하며 왼쪽으로 휘며, 아래쪽 유체는 위쪽으로 이동하며 오른쪽으로 휘기 때문이죠. 지구의 자전에 의한 코리올리(전향력) 효과죠.
전기·전자
Q. 초전도체로 세상이 시끌벅적 한데 초전도체가 일상생활에서 어떻게 과학적으로 활용될까요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.초전도체는 특정 온도이하로 떨어지게 되면 전기저항이 0이 되며, 저항에 의한 열이 없어 전력 손실이 최소화 됩니다. 또한, 자기장의 차단하는 특징(마이스너 효과)이 있어 자석을 가져다 대면 자석이 뜨는 성질을 지니고 있습니다.또한, 자속(특정 면적을 통과하는 자기장)이 양자화되는 성질을 가지고 있으며, 초전도체와 초전도체 사이에서 전자쌍이 터널링하는 양자효과도 볼 수 있으며, 양자 효과인 위상 간섭을 일으키기도 합니다.이러한 특징 때문에 초전도체는 자기부상열차, 양자 컴퓨터의 기반이되는 큐빗(양자 중첩, 얽힘)을 구현하는데 유용하게 사용될 수 있으며, 전력손실이 0에 가깝기 때문에 전자기기의 회로나 우리가 흔히 보는 전깃줄 등 전기가 통하는 모든 곳에 회로로 사용하면 굉장한 효율을 낼 수 있다는 특징을 지니고 있어 혁신적인 기술이 됩니다.
기계공학
Q. 번개칠 때 차안에 있으면 왜 안전한가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.차량이 벼락을 맞게되면, 내부에 사람들은 무사할 수 있습니다. 왜냐하면 차량의 겉 부분이 도체 역할(차폐 역할)을 해주기 때문에 내부에 전류가 흐르지않고 차량 표면으로만 전하가 분포하기 때문이죠. 그래서 차량 내부는 안전합니다. 하지만 벼락을 맞은 즉시 당황하셨다고 절대 차량 문을 열거나 하시면 안됩니다. 차량 표면에 남아있는 전자(-)가 다수 있기 때문에 문을 열면서 틈이 생기게 되고 문과 차 사이에 전류가 흘러 방전이 일어나 사람을 감전 시킬 수 있기 때문입니다. 또한, 내부에서는 차와 연결된 쇠, 금속 부위를 만져서는 안되며 119 구조대를 불러 도움을 요청하는 것이 좋습니다.
전기·전자
Q. 양자 우물효과에 대해 궁금합니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.양자우물이라는 것은 양자 효과를 받는 물질이 에너지 장벽으로 둘러쌓여 마치 우물속에 있는 것과 같은 현상을 의미합니다.그릇에 구슬을 넣게되면 구슬은 그릇이란 장벽에 갇혀 빠져나올수없게됩니다. 하지만 구슬을 세게 굴리게되면 빠져나올 수 있죠. 이러한 현상을 우물에 비유한 것이라고 생각하시면 됩니다.
화학
Q. 시원한 곳에 있다가 따뜻한 곳으로 나오면 왜 안경에 김이 서리나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.안경에 김이서리는 이유는 온도차 때문입니다. 시원한곳에 있던 안경은 차가워진 상태입니다. 이상태에서 따뜻한 곳으로 가게되면 따뜻한곳에 있던 습기, 수증기가 안경과 맞닿으며 열을 빼앗기게 됩니다. 이때 수증기가 안경과 맞닿아 열을 빼앗기면 물방울이되면서 습기가 되는 것이죠.