안녕하세요 김두환 전문가입니다.
전기·전자
Q. 우라늄235에 대한 궁금증입니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.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. 우라늄(235)과 플루토늄(239)은 둘다 불안정한 상태의 원자핵으로 존재하며 중상자 충돌로 쉽게 핵분열이 일어날 수 있습니다. 이 둘의 차이는 우라늄은 자연에서 얻을 수 있는 반면 플루토늄은 우라늄(238)을 중성자와 반응시켜 얻어낼 수 있습니다. 즉, 우라늄을 원료로 넣은 원자로에서 플루토늄을 얻어낼 수 있죠. 이 플루토늄 또한 핵분열 반응을 일으킬 수 있으므로 핵무기나 핵발전에 사용될 수 있습니다.
전기·전자
Q. 태블릿pc와 노트북의 차이점과 장단점은 뭔가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.테블릿 pc의 경우 노트북보다 가볍고 편리한 UI로 작동이 수월합니다. 또한, 그림을 그리거나 할 때 노트북보다 더 좋습니다. 하지만 타이핑이 어려운 단점이 존재하며 노트북보다 사양이 작어 무거운 프로그램, 편집기 같은 것을 작동시키기에는 소모되는 시간과 발열이 클 수 있습니다.노트북은 테블릿보다 사양이커 유튜브 편집에 용이합니다. 또한, 타이핑이 쉬운 장점이 있습니다.물론 유튜브 편집시 어떤 내용을 편집하냐에 따라 큰 차이가 없을 수도 있습니다. 예를들어 가벼운 영상 편집의 경우 테블릿이나 노트북 상관이없습니다. 하지만 양이 많아지고 첨가해야할 것들이 많아지면 노트북이 나을듯하네요.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀은 영원한가요 아니면 결국 사라지나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.호킹복사로 인해 블랙홀이 증발할 가능성이 있습니다. 호킹 복사란 블랙홀의 사건의 지평선(event horizon) 주변에서 입자와 반입자의 쌍생성 쌍소멸 과정이 일어나는데, 입자가 지평선 밖으로 나오는 경우가 발생하면서 반입자가 내부 블랙홀의 물질을 소멸 시키는 현상입니다. 즉, 블랙홀의 증발이라고 이해하시면 됩니다. 추가로, 진공에서 입자 반입자의 생성과 소멸이 끊임없이 일어나는 현상은 양자역학적으로 기술합니다. 이러한 호킹복사로인해 블랙홀의 증발로 질량이 줄순있지만, 거대한 블랙홀 질량에 미미한 수준으로 거의 영원하다고 볼 수 있습니다. 물론 크기가 작은 보통 원자 스케일의 블랙홀의 경우 증발이 일어나 금새 소멸할 수 있다는 연구도 되어있죠. 물론 아직 블랙홀에 대한 실험과 소멸에 대한 관측은 없기 때문에 이론적인 견해뿐입니다. 우주가 한점으로 모이는 것은 암흑에너지, 암흑물질, 물질에 비율에 의존됩니다. 현재의 물질로 전부 블랙홀이 된다하더라도 암흑에너지가 비율이 크게되면 다시 한점으로 모이지 않을 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀도 없어지나요? 없어진다면어떻게 없어지나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.인공적으로없애주기위해서는 반입자, 반물질을 지속적으로 주입해주어야합니다. 블랙홀은 밀도가 굉장히 높은 질량체로 물질로 이루어져 있습니다. 여기에 반물질을 주입해주면 블랙홀을 이루는 물질과 반응해 질량이 에너지로 전환됩니다. 그렇게되면 질량이 서서히 줄어들어 중력을 만들지 못하게 할 수 있을 것으로 판단됩니다. 그리고 호킹복사로 인해 블랙홀이 증발할 가능성이 있습니다. 호킹 복사란 블랙홀의 사건의 지평선(event horizon) 주변에서 입자와 반입자의 쌍생성 쌍소멸 과정이 일어나는데, 입자가 지평선 밖으로 나오는 경우가 발생하면서 반입자가 내부 블랙홀의 물질을 소멸 시키는 현상입니다. 즉, 블랙홀의 증발이라고 이해하시면 됩니다. 추가로, 진공에서 입자 반입자의 생성과 소멸이 끊임없이 일어나는 현상은 양자역학적으로 기술합니다. 이러한 호킹복사로인해 블랙홀의 증발로 질량이 줄순있지만, 거대한 블랙홀 질량에 미미한 수준으로 거의 영원하다고 볼 수 있습니다. 물론 크기가 작은 보통 원자 스케일의 블랙홀의 경우 증발이 일어나 금새 소멸할 수 있다는 연구도 되어있습니다.
물리
Q. 아주 강한 중력에서 버틸 수 있는 방법이 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.사람의 몸으로 버틸 수 있는 중력은 한계가 있습니다. 왜냐하면 우리의 몸은 세포, 더 작게는 분자, 원자들로 구성되어있습니다. 분자와 원자들 사이에는 전기력이 작용하여 흩어지지 않고 우리몸을 이루고 있습니다. 그런데, 만약 중력이 강해져 우리의 몸을 이루고 있는 분자와 원자들 사이에 전기력보다 커질 경우에는 더이상 형체를 유지하지 못하고 찢어지게 되죠.강한 중력을 버티기 위해서는 중력보다 큰 인력을 갖는 슈트를 만들어 우리 몸을 꼼꼼하고 단단히 감싸줘야합니다. 그래야 강한 중력으로 인한 우리의 몸이 찢기는 것을 막을 수 있죠.슈트 말고 자유낙하하면 되지 않느냐라고 생각할 수 있지만, 자유낙하하는 경우에도 강한 중력을 행사하는 천체에 가까운 몸의 일부(예를들어 다리)와 먼 몸의 일부(머리) 사이에 중력이 다르게 작용하여 위아래로 늘어나 찢길 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주정거장은 왜 회전을 하는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.영화속 우주정거장이 회전하는 이유는 인공중력을 만들어주기 위해서입니다.물체에 가속도가 작용하면 마치 힘이 작용하는 것처럼 느껴집니다. 차량이 갑자기 출발하거나, 갑자기 멈출 때 몸이 쏠리는 현상이 가속하는 상황에서 힘을 받게되는 현상입니다. 또한, 차량이 커브길을 돌 때 원심력이 작용해 몸이 쏠리게되는 현상도 같습니다. 이처럼 우주정거장을 회전시켜 원심력을 작용시킵니다. 이 원심력의 크기를 지구 중력크기에 맞추면 마치 우주정거장내에 중력이 작용하는 것 처럼 느껴지죠.
화학
Q. 차가운 공기가 아래로 내려가는건 왜그런건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.모든 물질은 분자, 원자 등 입자의 형태로 구성되어 있습니다. 이 점을 이용하여 설명해드리겠습니다.그전에, 온도라는 개념을 알고가셔야합니다. 온도는 물리적으로 입자들의 평균 운동에너지(활발한 정도)입니다. 즉, 온도가 높으면 입자들이 활발한 상태라는 뜻이며, 온도가 낮으면 활발하지 않고 정적인 상태입니다. 이제 본론을 이야기하면 어떤 물질의 온도가 높은 상태가 됩니다. 그리고 이 물질은 입자들로 구성되어있기 때문에 입자들이 활발한 상태가 될것입니다. 그러면 입자는 활발하게 움직임으로써 거리가 늘어날 것입니다. 그래서 물질이 팽창하는것이죠. 반대로 온도가 낮을 경우 입자들의 상태가 정적이기 때문에 거리가 줄어들 것입니다. 따라서 온도가 높으면 물질이 모여있는 정도가 작아 밀도가 작으며, 온도가 낮으면 밀도가 높아집니다. 그래서 차가운 공기는 밀도가 높아 가라앉는 것이죠.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀의 강한 압력과 강한중력의 원천이 어디인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.블랙홀의 강한중력과 압력(위아래, 좌우로 눌리는 압력)의 원인은 블랙홀의 거대한 질량입니다.질량이 크면클수록 중력과 압력이 강해질 수 있는데, 거대한 질량체가 넓게 퍼져있지 않고 사건의 지평선 내부에 고밀도로 뭉쳐있기 때문에 우리가 경험하는 중력보다 강한 중력이 형성됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 비행기가 날수있는 원리가 어떤것인지 설명해 주세요~
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.비행을 하는데 크게 두 가지 원리가 있습니다. 첫째, 양력을 얻는 원리가 있으며 둘째론 작용-반작용이 있습니다. 양력을 얻는 원리는 압력차에 의한 힘에 의한 것입니다. 비행체의 날개에서 주로 얻게되는데, 날개의 윗부분은 곡면으로, 아랫부분은 평평한 면으로 하여 윗부분에서 공기의 흐름, 유속을 빠르게 해줌으로써 압력을 낮추는 것입니다. 그러면 날개의 아랫부분에서 윗부분으로 힘을 받게되어 뜰 수 있습니다. 작용-반작용은 프로펠러에서 공기들을 지면으로 밀어내는 힘으로 비행체가 뜨는것을 의미합니다. 프로펠러를 회전시켜 공기를 지면으로 수직하게 튕겨내면서 비행체가 뜰 수 있는 원리인 것입니다.
생물·생명
Q. 하늘에다가 총을쏘면 총알은 어디로 떨어지나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.머리위로 쏜 총알이 다시 땅으로 떨어집니다. 하지만 바람이나 지구의 자전에 의한 코리올리 효과 등을 고려해야 어디에 떨어질 수 있는지 예측할 수 있습니다. 머리위로 곧장쏜다면 시간이 흘러 바람이나 코리올리효과로 인해 다시 제자리로 돌아오지 않습니다. 하지만 시간이 지나면 땅에 떨어지죠. 그래서 사람이 맞을 수 있습니다. 또한 공기저항에 의해 총알의 속력은 굉장히 느려지게 됩니다. 그렇다고해서 위험하지 않은것은 아니죠. 떨어질 때의 속력 역시 굉장히 빨라 맞게되면 죽거나 큰 부상을 입을 수 있습니다.