안녕하세요 백대균 전문가입니다.
생물·생명
Q. 자연재해가 일어나기전 동물들이 피하는 과학적인 이유가 있을까요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.동물이 자연재해를 예측하는 능력이 있다는 과학적 근거는 없지만, 인간보다 민감하기 때문에 재해가 일어나기 전에 '반응'을 보일 수 있는 사례는 많습니다. 철새들이 망망대해 한가운데서 목표지점을 찾아가는 능력이나, 연어가 수천 km 거리에서 태어난 곳으로 회귀하는 능력을 과학적으로 설명할 수는 없습니다. 다시 말하면 현재의 과학으로 정확한 이유를 알아낼 수 없다고 말하는 것이 맞을겁니다. 인간의 지능은 동물보다 뛰어나고, 자연의 미세한 변화에 대한 반응력은 동물들이 더 뛰어납니다. 또, 각 동물마다 각기 뛰어난 감각이 있습니다. 예를 들어 개는 코가 민감하고, 또 소리에 더 우수한 능력을 가진 동물도 있습니다. 따라서 동물들이 자연재해를 먼저 감지하는 능력은 있다고 보여지지만 정확한 원인을 아직 인간의 능력으로 과학적으로 이유를 알아내지 못하고 있습니다.
기계공학
Q. 오르막 길에서 차를 가속해도 차가 멈춰서는데 뮈가 문제죠?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.일반적으로 가속페달을 밟아도 차가 잘 나가지 않는 이유는 오토미션에 문제가 있으면 발생합니다. 엔진의 출력을 바퀴에 전달해주는 오토미션은 직진, 후진, 자동변속의 기능을 담당하는데 이 부분에 미션오일이 들어갑니다. 차를 오래 운전하면 오토미션 오일을 새로 교체해주어야 하는데 오토미션 오일을 제때 교환해주지 않으면 고장의 원인이 됩니다. 또한, 가속하는 운전습관이 오토미션의 고장의 원인이 됩니다. 특히, 급발진은 오토미션에 큰 부담을 줍니다. 차가 출발할 때 습관적으로 급하게 출발하는 습관을 가진 사람들이 있습니다. 이렇게 몇 년간 출발할 때 급발진을 하게 되면 오토미션에 충격을 주어 고장이 발생하게 되어, 가속페달에 둔감하게 반응합니다. 이런 문제가 발생하면 오토미션을 수리하거나 중고로 교체해야 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 해류의 흐름은 왜 나타나는 것일까요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.적도 부근은 햇빛이 뜨거워 바닷물이 뜨겁고, 북극지방과 남극지방은 햇빛이 약해 바닷물이 차갑습니다. 이렇게 바닷물의 온도차가 생기면 바닷물의 흐름이 발생합니다. 뜨거운 물과 차가운 물이 서로 섞이는 원리와 같습니다. 그다음 해류에 영향을 미치는 것은 지구의 자전입니다. 지구의 자전으로 해류의 흐름을 발생시키는데 우리가 컵에 물을 넣고 일정한 속도로 돌리면 컵안에 물에 흐름이 발생하는 원리와 같습니다. 또한, 바람이 해류를 발생시키는데 특히 편서풍같이 일정한 방향으로 지속적으로 부는 바람이 해류에 많은 영향을 미칩니다. 우리가 입으로 바람을 불어보면 물의 흐름이 발생하는 것을 볼 수 있습니다. 그 보다는 영향이 적지만 바닷물의 밀도 차이에 의해 해류가 발생하고, 바다속의 복잡한 지형에 의해 해류가 발생합니다.
지구과학·천문우주
Q. 사탕은 왜 입안에 달라붙나요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.삼투압이 작용하여 습기를 빨아들이는 물질은 설탕, 소금, 숯, 원두가루 신문지 등이 있습니다. 이것은 재료의 고유한 성질로써 사탕도 습기를 빨아들이는 삼투압이 작용하는 물질입니다. 간단히 말해 사탕은 습기를 만나면 습기를 빨아들이는 삼투압이 작용합니다. 사탕을 입에 넣으면 습기를 빨아들이고 입속의 피부에 붙어있는 습기를 강하게 빨아들이므로 사탕이 입안의 피부에 달라 붙게 됩니다. 책상위에 물을 약간 뿌려놓고 사탕을 놓으면 사탕이 책상위의 물을 빨아들이는 것을 관찰하게 될 것입니다. 경우에 따라서 이 삼투압의 작용으로 입안의 피부나 혀에 달라붙어서 통증을 느끼기까지 합니다.결론적으로 말하면, 사탕은 설탕으로 이루어져 있으므로 사탕의 고농도 당분의 삼투압이 작용하여 습기를 빨아드려서 생기는 현상입니다.
화학
Q. 바람은 왜 계절마다 다르게 부나요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.일단 바람이 생기는 이유는 지구 표면이 태양에 의해 불균일하게 데워지기 때문에, 공기의 온도차가 생겨서 바람은 보통 저기압에 속한 공기가 따뜻해져 상승할 때 그 자리를 메우기 위해 고기압에서 상대적으로 찬바람이 불어옵니다. 지엽적으로 보면 국지풍(지방풍)은 지표면의 일주기 가열 또는 일주기 냉각, 지형, 그리고 기압 등의 영향으로 좁은 규모(지역)에서 국지적으로 발달하는 바람입니다. 그림1과 같이 낮과 밤에 온도차이로 국지적으로 해안지방에서 보면 낮에는 바다에서 육지로 불고(해풍), 밤에는 육지에서 바다로 붑니다(육풍). 또한, 산지에서는 낮에는 평지에서 계곡으로 불고(계곡풍), 밤에는 계곡에서 평지로 붑니다(산풍). 그러나 이러한 국지퐁은 태풍이나 계절풍 등 더 큰 규모의 기압변화에는 큰 기압에 영향을 받아 그 힘을 발휘할 수 없습니다. 국지풍(지방풍)의 순환또한 바람은 지구의 자전의 영향을 받습니다. 대표적인 바람으로 편서풍은 지구 자전으로 서쪽에서 부는 바람입니다. 이러한 편서풍도 우리나라에서는 겨울과 여름철에는 북쪽의 대륙과 남쪽의 북태평양에 의한 기압차가 더 크므로 편서풍은 큰 힘을 발휘하지 못하고, 바람의 방향에 약간 영향을 미칩니다.우리나라는 지정학적으로 반도이므로 계절에 따라 바람이 많이 변합니다. 북쪽에는 차가운 시베리아가 있고, 남쪽에는 북태평양이 있습니다. 기압차가 가장 심한 계절은 겨울로서 북쪽에 차가운 고기압이 형성되고 한반도에 저기압이 형성되므로 북서풍이 부는데 기압차가 아주 심해서 바람이 세고 많이 붑니다. 지구의 자전에 의한 편서풍의 영향으로 북서쪽에서 불어옵니다. 여름에는 한반도의 온도가 높고 남태평양이 바다이므로 온도가 낮아 한반도에 저기압이 형성되고 북태평양에 고기압이 형성되어 남동풍이 불게 되는 것입니다. 즉 , 겨울철 북서풍은 지역풍의 산풍과 같은 원리이고, 여름철 남동풍은 지역풍의 해풍과 같은 원리입니다.봄과 가을은 지역적인 영향이 많다고 볼 수 있습니다. 봄철에 4월초, 중반에 푄(Foehn) 현상으로 동풍이 불어 태백산맥을 넘으면서 비를 뿌리고, 태백산맥 서쪽은 매우 건조한 바람으로 높새바람이라고 하는데, 태백산맨 서쪽에 가뭄을 유발합니다. 봄과 가을은 지엽적인 기압의 영향을 많이 받는데, 보통은 편서풍의 영향으로 서쪽에서 바람이 많이 붑니다. 서해안에서는 편서풍의 영향으로 중국에서 미세먼지가 많이 불어옵니다. 겨울과 여름에는 북쪽 대륙과 남쭉 북태평양의 영향이 아주 크므로 겨울철에는 북서풍과 여름철에는 남동풍이 많이 불지만, 북쪽의 기압과 남쪽의 기압차가 크지 않을 때는 일반적으로 편서풍의 영향이 제일 크다고 볼 수 있습니다. 동풍은 많이 발생하지 않는데 겨울철 막바지에 북쪽 시베리아에 고기압이 약해지고, 만주지역에 고기압이 발달하면서 우리나라는 그 가장자리에 들어 오랜기간 동풍이 이어지는 경우가 발생합니다. 계절에 따라 그림2 에서 보는 것처럼 우리나라 북쪽과 남쪽의 기압의 영향으로 동풍이 부는 경우가 발생합니다. 겨울철에도 기압의 영향으로 동풍이 부는 경우도 발생하는데 이때는 동해안에서 태백산맥으로 넘으면서 바다의 수증기가 상승기류를 타게 되므로 엄청난 눈이 내리기도 합니다.또한, 우리나라 순수한 말로써는 남풍을 마파람이라하고, 하늬바람은 맑은 날 서쪽에서 부는 서늘하고 건조한 바람을 말합니다. 샛바람은 동풍을 말하고 된바람은 북풍을 말합니다. 바람은 크게 대륙과 태평양의 큰 기압에 영향을 받는데 겨울철에는 북쪽 시베이아 지역의 기압이 가장 큰 영향을 미치고, 여름에는 남태평양의 기압이 가장 큰 영향을 미칩니다. 그러나 한반도 주위에 기압에 영향으로 바람의 방향이 바뀔 수 있고, 한반도 주위에 기압이 발달하지 않는 경우는 편서풍의 영향이 가장 커서 중국쪽에서 바람이 붑니다. 또한, 한반도 주위에 기압이 발달하지 않아 즉, 다시말해서 기압차가 적은 경우에는 지역풍의 영향으로 해풍, 육풍, 계곡풍, 산풍이 붑니다. 우리 나라 북쪽과 남쪽의 기압의 영향으로 동풍이 부는 경우 (2016년 8월 3일)아래 그림 3처럼 만약 태풍이 발달하게 되면 엄청난 저기압이 발생하여 많은 비를 내리고, 강한 강풍이 붑니다. 이때는 태풍의 경로에 따라 바람의 방향이 결정됩니다. 바람은 반시계 방향이고 태풍이 중심이 가장 낮은 저기압이므로 태풍의 중심쪽으로 바람이 붑니다. 태풍의 경로의 왼쪽은 편서풍과 맞바람이므로 비교적 안전하지만, 오른쪽은 편서풍과 합쳐져서 더 위험하게 됩니다. 태풍의 바람 방향
화학
Q. 탄소가 연소 되어야만 이산화 탄소가 생성되나요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.어떤 물질이 연소한다는 것은 일반적으로 불에 태우는것을 의미하지만 호흡과 같이 몸속에서 탄소가 수소가 만나서 열량을 내고 이산화탄소가 배출되는 것도 연소라고 볼 수 있습니다. 넓은 의미에서 연소는 호흡과 같이 인체내에서 탄소가 산소와 만나서 이산화탄소가 만들어지는 것도 연소라고 볼 수 있는데, 인체내에서는 빛을 발하지는 않고 열이 발생하여 우리가 움직이는 에너지로 사용합니다. 그러나 본 질문은 불에 의한 연소만 의미하는 것 같습니다.이산화 탄소가 생성되는 경우는 다음과 같습니다.1. 일반적인 연소로써, 수많은 탄소 화합물, 다이아몬드와 같은 탄소 동소체 등을 연소시킨다.2. 대부분의 생물이 호홉하는 과정에서 부산물로 만들어진다. 다만 무기호흡인 경우 그 부산물이 이산화 탄소가 아닐 수도 있다.* 무기호흡 (無氣呼吸, anaerobic respiration) : 산소를 이용하지 않고 이루어지는 호흡3. 화학반응에 의한 이산화탄소 생성- 대리석(탄산칼슘)과 염산을 반응시킴 (CaCO3+ 2HCl → CaCl2(염화칼슘)+ H2O(물)+ CO2↑)- 중탄산소다(NaHCO3)나 탄산칼슘(CaCO3)에 열을 가함따라서 좁은 의미의 연소는 1번과 같이 불에 태우는 경우를 말하고, 넓은 의미에서는 2번의 호흡도 연소라고 할 수 있습니다. 연소와 상관없이 3번과 같이 화학반응으로 이산화탄소가 생성됩니다.대부분 탄소를 함유하고 물질을 가열하여 발화점 이상의 온도로 만들고 주위에 산소가 있으면 물질이 연소하여 이산화탄소, 물, 열이 발생하고 경우에 따라서 불빛이 발생합니다. 그러나 탄소를 함유하지 않는 물질이 연소하는 경우 이산화탄소가 생성되지 않습니다. 수소도 연소하고, 금속이나 황도 연소하지만, 이산화탄소를 생성하지 않습니다.수소의 연소 : H2 + O2 → H2O황의 연소: S + O2 → SO2구리의 연소: 2 Cu + O2 → 2CuO철의 연소: 3F3 +2O2 → Fe3O4아래의 그림은 철의 연소를 보여주는데 연소후 생성물은 이산화탄소와 상관없다. 재미있는 현상은 산소가 철에 붙어서 무게가 늘어나고, 철의 솜은 자석에 붙지만 산화철은 자석에 붙지 않습니다.*철솜을 강철솜이라고도 한다. 영어로는 steel wool이다. 엄밀한 의미에서 강철은 탄소를 함유하므로 강철솜보다는 철솜이 맞은 말이다. 철솜 발화 철솜 연소과정 철솜 연소완료
토목공학
Q. 돌 수제비, 물에 돌 튕기기 원리는?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.물체가 유체에 부딪치면 반발력은 속도와 표면적에 비례합니다. 우리가 다이빙을 할 때 손을 뻗치고 머리로 입수하면 충격이 적고, 잘못하여 배, 가슴 등 접촉면적이 커지면 충격력이 커집니다. 또한, 높은 곳에서 뛰어 내리면 속도가 빨라져서 몸에 충격이 더 커집니다.그림에서 보는 것처럼 돌을 던지는 직선속도, 회전속도, 돌의 두께, 돌의 직경, 돌의 입사각이 최적화 되어야 돌 수제비가 잘 만들어지고 여러번 멀리 갑니다.돌이 둥근 모양이라야 회전이 잘되면서 중심을 잡고 돌이 다시 물과 일정한 각도를 유지할 수가 있습니다. 팽이의 세차운동과 같습니다. 이 회전력이 없으면 돌이 중심을 잡지 못하고 한 쪽으로 기울어져 금방 돌 수제비가 없어집니다. 돌의 두께와 직경은 돌의 직선 속도에 따라 물에 부직혀 반발하는 충격력의 크기를 결정하므로 돌의 속도와 상관관계가 있습니다. 돌의 직경이 커질 수록 물에서 반발하는 반발력이 커야 되므로 직선속도가 커야 됩니다. 당연히 원판의 형태라야 팽이처럼 세차운동에 의해 물에서 튕긴후에 자세가 바로 설 수가 있습니다. 회전 속도는 반발력의 크기와 반발력의 방향에도 영향을 미치므로 너무 커도 좋지 않습니다. 즉 돌이 튀어올랐을 때 자세를 바로 잡을 수 있는 정도의 회전속도면 적당합니다. 두께가 너무 두꺼우면 돌이 무거워서 반발력에 많이 튀어 오르지 못합니다. 또한, 돌의 직경은 물에서 튕기는 반발력은 크게 하지만 공기 저항이 커지므로 너무 커도 좋지 않습니다. 당연히 입사각의 크기에 따라 반발력의 각도가 달라져서 돌의 직선 속도에 영향을 미치므로 적당한 값을 가져야 합니다. 만약 0도로써 위에서 바로 물아래로 던지면 반발력이 물과 수직을 이루므로 돌이 나가 가지 못합니다. 돌의 입사각이 90도가 되면 반발력은 돌을 거꾸로 뒤집는 방향으로 작용할 것입니다.사람마다 돌을 던지는 속도가 달라지므로 최적의 값을 찾아야 합니다. 돌 수제비를 멀리 그리고 많이 만들려고 하면 돌의 직선 속도를 최대로 하고 그 속도에 따른 최적의 돌의 직경과 두께 입사각 그리고 회전속도를 찾아야 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 낮과 밤의 길이가 왜 달라지나요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.각 항목에 대한 답변을 제시해봅니다.1. 지구가 기울어져서 회전하는 이유는 알 수 없습니다. 태초에 지구가 생성될 때 기울진 것으로 인간의 능력으로는 알 수가 없습니다. 종교적으로 해석하면 하나님이 이렇게 창조하신 겁니다.2. 지구가 태양 주위를 공전할 때 거리가 달라지는 이유도 마찬가지입니다. 태초에 거리가 달라지게 만들어 졌기 때문에 정확한 이유를 알 수 없습니다. 일반적인 태양주위의 행성은 거의 원형에 가까울 정도로 공전하지만 약간의 거리가 차이가 납니다. 그러나 핼리혜성은 아예 원형의 형태가 아니라 타원의 형태로 공전합니다.3. 태양이 지구를 비출 때 만약 주축이 기울어 지지 않았으면 그림 1과 같이 적도는 태양이 90도로 비추니까 항상 여름이고, 적도에서 남쪽이나 북쪽으로 가면 동일하게 적도에서 떨어지면 연중 온도가 비슷할 것입니다. 단지, 남반구와 북반구에서 동일한 거리로 적도에서 떨어져도 이론상으론 온도가 비슷하지만, 바다와 육지의 지형이 다르므로 완전히 온도가 같을 수는 없고 비슷한 온도분포가 될 것입니다. 북극과, 남극은 가장 추운 지역이 될 것이지만, 둥일하게 적도에서 떨어진 거리지만 북극은 바다이고 남극은 육지이므로 약간의 차이는 있을 것입니다.지축이 기울지 않았다면, 적도에서 남쪽이나 북쪽으로 가면 동일하게 적도에서 떨어지면 밤낮의 길이가 동일할 것입니다. 적도에서 거리가 떨어질 수록 낮의 길이는 짧아지고 밤의 길이가 길어질 것입니다. 지축이 기울지 않으면 계절의 변화가 없음.그러나 아래 그림2와 같이 신이 주축을 23.5도 기울게 만들었으므로 북반구의 여름철 하지에는 북위 23도에 태양이 직각으로 비추게 되고, 북반구의 겨울철 하지에는 남위 23.5도에 태양이 직각으로 비추게 되면서 계절의 변화가 발생합니다. 춘분과 추분에서는 태영이 적도에 직각으로 비추게 됩니다. 계절은 바다의 분포, 산의 분포, 호수의 분포에 따라 태영열의 흡수량과 반사량이 달라지므로 지역에 따라 날씨가 조금씩 다르게 변합니다. 특히, 지구의 자전으로 공기가 흐름과, 해수의 흐름이 복잡하게 변하므로 날씨가 변화무쌍하게 변하는 것입니다.지축이 23.5도 기울져 있어 밤낮의 길이는 다양하게 변합니다. 여름철 하지에는 그림 2에서 보는 것처럼 하루 종일 태양이 떠있는 백야가 발생하고, 남극은 하지에 하루종일 태양을 볼 수 없습니다. 지축이 23.5도 기울어져 4계절이 발생.아래 그림3과 같이 행성에 따라 자전축이 다양하게 변합니다. 이런 것은 신이 아니면 만들 수가 없습니다.태양계 행성들의 자전축
전기·전자
Q. 왜 무한동력으로 전기를 생산을 못하나요?
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.무한동력은 상상의 개념입니다. 아무리 사용해도 끝없이 지속되는 힘은 불가능합니다. 인간은 무한동력을 얻기 위한 기계를 발명하기 위해 연구하고 있으나 이루지 못하고 있습니다. 무한동력이 불가능한 이유는 사람으로 비교하면 먹지않고 계속 일하는 것은 불가능한 것과 같기 때문입니다. 로봇도 마찬가지입니다. 전기에너지의 공급 없이 무한으로 일하는 것은 불가능합니다. 또한, 무한동력이 존재하지 않는데 무한으로 전기를 만드는 것도 불가능합니다. 지구상의 움직이는 모든 것은 에너지를 공급받아야 움직입니다.
전기·전자
Q. 전깃줄에 앉은 참새가 감전되지 않는 이유는? (감전이 일어나는 이유)
안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.전기는 항상 두 선이 있어야 흐릅니다. 전기는 한 선으로는 흐르지 못합니다. 두 선중에 한 선만 접촉해서는 전기에 감전되지 않습니다. 아래 그림과 같이 작은 새들은 이 선에 않든지, 저 선에 앉든지 해서 선 하나만 접촉하고 있으면 감전되지 않습니다. 그림과 같이 만약 아주 큰새가 있어 두 선에 동시에 접촉하면 감전이 일어납니다. 사람이 한선에 매달려서는 감전이 일어나지 않습니다. 만약 위에 선에 매달리고 아래선에 발이 닿인다면 감전사고가 발생합니다. 고압선을 전부 고무재질로 피복하기 힘들므로 안전하게 두 선의 거리를 두어 전봇대로 전기를 전송합니다. 대부분의 고압선은 새들의 날개가 걸리지 않을 정도로 충분한 거리를 두고 전기를 송전하므로 충분히 안전합니다.고압의 전기가 변압기를 거처 우리 가정에 들어올때는 두선의 간격을 띄워서 오는 것이 불가능하므로 전기가 흐르지 않는 고무로 피복된 선줄을 사용합니다. 두선이 피복되어 있을 때 두선을 동시에 접촉할 일이 없으므로 감전이 일나지 않습니다. 그러나 만약 전선의 피복이 벗겨져서 우리가 두 선을 동시에 접촉되는 사고가 발생하면 감전됩니다. 아래 그림과 같이 젓가락으로 콘센트의 두 구멍에 동시에 넣으면 두 선을 동시에 접촉하는 결과가 되어 감전됩니다. 어린이들은 이런 장난을 하지 않도록 매우 조심해야 합니다.감전이 되어 치명상을 입는 전압과 전류는 일정한 값을 가져야만 합니다. 전압이 너무 낮으면 감전되어도 큰 충격이 없습니다. 전압이 아주 높더라도 전류가 너무 약하면 감전 되어도 따끔한 정도의 충격은 받지만 치명상으로 이어지지는 않습니다. 위의 그림과 같이 일반 가정의 220볼트의 콘센트는 사망에 이른 정도의 전압과 전류가 되므로 매우 조심해야 됩니다.