안녕하세요 설효훈 전문가입니다.
기계공학
Q. 파인애플을 먹고 나면 혀가 아픈 이유는 무엇때문인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 파인애플에는 '브로멜린'이라는 단백질 분해 효소가 있는데, 이 효소가 혀와 구강 점막에 있는 단백질을 분해합니다. 그래서 파인애플을 많이 먹으면 통증이 생기는 것이죠! 참고로 키위에는 '액티니딘'이란 효소가 있는데요, 위에서 설명드린 파인애플의 효소와 비슷한 작용을 해 단백질을 분해하기 때문에 많이 먹으면 입안이 아린 증상이 나타나곤 하죠.출처 : 식약지킴이 - 파인애플 먹으면 입이 아린 이유
전기·전자
Q. 일반적인 가정집에도 있는 화장실 변기통은 어떤 원리로 작동하는가용?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 변기의 물을 내리면 몇 초 뒤에 다시 변기 속에 물이 차오르는 것을 볼 수 있습니다. 이 물은 변기에 연결된 정화조에서 거꾸로 올라오는 악취를 차단하기 위한 것입니다. 만약 변기 안에 물이 없다면 어떻게 될까요? 두말할 것도 없이 용변이 쌓여 있는 정화조의 역한 냄새가 그대로 올라와 집 안이 악취로 진동하게 될 것입니다. 옛날 재래식 화장실이 집에서 멀리 떨어진 곳에 설치돼 있던 것도 바로 이 이유 때문입니다. 변기 안에 물이 차오르도록 해서 냄새를 차단하는 방법은 1775년 커밍이 개발했습니다. 정화조에서 올라오는 냄새를 원천적으로 차단할 방법을 연구하던 그는 ‘사이펀의 원리’에서 착안해 새로운 형태의 배수관을 개발했습니다. 즉, 배수파이프를 거꾸로 된 U자 형태로 구부리고, 그것에 일정량의 물을 채워 밑에서 올라오는 냄새를 차단하도록 한 것입니다. 대기압과 중력의 작용으로 높은 곳의 용기에 담겨 있는 액체가 관을 통과해 낮은 쪽에 있는 용기의 액체로 전달되는 원리. 양쪽의 대기압과 중력이 일치하는 지점에서 물의 흐름이 멈추게 된다. 원래 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르지만 사이펀의 원리를 이용하면 높은 곳의 물을 더 높은 곳까지 끌어올린 뒤 낮은 곳으로 보낼 수 있습니다. 이는 높은 곳에 있는 물의 표면에 공기의 압력이 직접 작용해 물을 밀어내는 기압 차 원리를 이용했기 때문입니다. 이를 조금 더 자세히 설명하면, 변기 내부에는 뒤집힌 U자 모양의 사이펀이 있습니다. 이 사이펀은 물 표면보다 아래에 위치해 있는데요, 평소에는 물이 사이펀의 굽혀진 부분까지만 채워져 있습니다. 이때는 아무런 일도 일어나지 않습니다. 그 이유는 변기의 수면에 작용하는 대기압과 사이펀 안의 대기압이 같기 때문입니다. 하지만 용변을 보고 레버를 내리면 변기 뒤쪽에 있는 물탱크의 마개가 열려 변기 안으로 많은 양의 물이 한꺼번에 밀려들어옵니다. 이때 물이 가하는 압력으로 사이펀 속의 대기압이 사라지며 변기의 물은 순식간에 사이펀 안을 완전히 채우고 용변과 함께 정화조로 빠겨나가게 됩니다. 한마디로 뒤에서 밀어주는 힘이 있다면 아무리 높은 곳도 물이 순식간에 뛰어 넘을 수 있다는 이야기지요. 그렇다고 물탱크에서 계속 많은 양의 물을 공급하면 변기에는 물이 차 있을 수 없습니다. 그래서 용변과 물이 빠져나간 뒤에는 물탱크의 마개를 닫고 물의 공급량을 줄여 사이펀 안에서 기압이 균형을 이뤄 물이 고여 냄새를 차단하도록 변기의 설계가 되어 있습니다.출처: 산업통상자원부 - 변기 속에 숨어있는 재미있는 '과학이야기'
토목공학
Q. 비나 .눈이나 .우박이 올때 뛰면 덜 맞게 되나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 1970년대부터 비를 덜 맞는 방법에 대해 수많은 논문이 잡지에 실리는 등 논쟁이 끊이질 않았습니다. 이 주제에 대해 많은 과학자들이 연구를 했다는 것도 재미있지 않나요? 여러 과학자들의 다양한 연구 결과에 대해 소개해드릴게요. 1987년 유럽 물리화학지에 실린 연구 자료에 따르면, '비가 올 때 거리가 짧은 경우 걷는 것보다 달리는 것이 약 10% 정도 덜 맞는다'라고 했으며, 1995년 영국의 한 과학자는'비가 올 때 초속 3m 이상(성인 걷는 속도는 약 1.3m/s)의 빠르기로 달리면 속도에 따라 비를 맞는 양에는 별 차이가 없다'라고 하였습니다. 두 번째 연구에서도 초속 3m까지는 걷는 것보다 달리는 것이 비를 덜 맞는다는 것을 알 수 있죠. 또, 1997년 미 국립기상데이터센터 소속 기상학자인 토마스 피터슨 박사와 트레버 월리스 박사가 직접 실험해본 결과, 장대비 속에서100m 거리를 이동하는 경우, 달려갈 때가 걸어갈 때보다 40% 정도 몸이 덜 젖었습니다. 즉, 3가지 연구 모두 '비가 올 때는 뛰 어가야비를 덜 맞는다'라는 결론을 내린 것입니다.비를 덜 맞는 방법에 관한 실험은 사람이 '이동하는 속도에 따라 맞는 비의 양'을 알아보기 위한 것이기 때문에 정확한 결과를 도출하기 위해서는 속도 외의 요소가 변해서는 안 됩니다. 빗방울의 낙하 속도, 빗방울의 크기 바람(에 따른 비의 각도), 사람이 움직일 때 몸의 각도,이동 거리 등은 고정되어야 해요. 하지만 현실은 바로 옆이라도 비가 오는 속도와 양이 달라질 수 있고, 풍속과 풍향 수시로 변하며, 기계가아닌 이상 움직일 때 몸의 각도가 전혀 변하지 않는다는 것은 말이 되지 않습니다. 실제 상황에서는 통제변수가 있는 실험과 조금 다른 결과가 나타날 수 있다는 것이죠. 앞서 소개해드렸던 미국 기상학자들의 실험의 경우 직접 비를 맞아 가며 진행한 것이기 때문에 여러 조건이 통제되어 있는 시뮬레이션이나 공식으로 인한 연구보다는 실제와 비교적 더 가깝다고 할 수 있습니다.실험과 달라질 수 있는 실제 상황을 예를 들자면, 바람이 앞에서 불어올 때는 걷거나 뛰는 경우 모두 몸의 앞면이 비에 젖기 때문에 이동 속도와는 관계없이 많은 비를 맞게 됩니다. 반대로, 바람이 뒤에서 불어온다면 바람의 속도와 비슷하게 뛰는 것이 비를 덜 맞게 되죠. 또, 이동 거리가 길어 장시간 비를 맞아야 한다면, 혹은 폭우와 같이 강수량이 많다면 걷든 뛰든 많은 몸이 다 젖으므로 이동하는 속도는 크게 의미가 없답니다.출처 : 한국수자원공사 - 갑자기 쏟아지는 소나기, 뛰면 비를 덜 맞을까?
화학
Q. 도파민 하고 엔돌핀은 어디에서 생성이 되고 다른건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 도파민은 중뇌의 흑질(substantia nigra, SN)과 복측피개야(ventral tagmental area, VTA) 영역의 도파민 신경 세포에서 분비되어 신경 신호 전달뿐만 아니라, 의욕, 행복, 기억, 인지, 운동 조절 등 뇌에 다방면으로 관여한다. 뇌에서 분비된 도파민은 뉴런과 합성된 후 세포 속에 충전되어 활동 전위를 자극한 뒤 다시 방출된다. 이후 도파민은 분해되어 재흡수된다. 프로락틴(prolactin)의 분비를 억제시키기도 한다. 때문에 프로락틴 방출 억제 호르몬(PIH)라고도 불린다.뇌에 도파민이 너무 과도하거나 부족하면 ADHD, 조현병, 치매, 우울장애 증상을 유발하기도 한다. 흑질의 도파민을 생성하는 세포가 특이적으로 파괴되어 운동 능력이 점차 떨어지는 질환이 파킨슨병이다. 즉, 연구 결과 파킨슨병을 앓고 있는 환자의 뇌 속에는 도파민이 부족하다는 사실이 밝혀졌다. 따라서 도파민은 파킨슨병 치료에 사용된다.엔도르핀(영어: endorphin 또는 endogeneous morphine)은 내인성 모르핀이라는 뜻으로, 뇌와 뇌하수체에서 생성되는 '내생성 아편유사물질'들을 일컫는 용어이다. 이들은 중추신경계의 아편유사수용체(opiate receptor)에 작용하는 신경전달물질로서, 인간 뇌에서는 고통을 완화하는 작용을 한다. 이러한 뇌생성 아편유사제의 생리학적인 역할에 대해서는 완전히 알려지지 않았다. 엔도르핀은 고통 전달, 호흡, 운동, 뇌하수체 호르몬 분비, 감정에 관련된 뇌의 영역에서 높은 농도로 발견된다. 스트레스를 많이 받게 될수록 혈액과 뇌의 엔도르핀 농도가 높아지고, 동시에 고통을 느끼는 임계점도 상승한다는 실험 결과가 있다.엔도르핀은 당장 통증만으로도 정신이 오락가락해서 내일의 건강을 생각할 겨를이 없는 막장 상황을 어떻게든 견디기 위해 나오는 것에 가깝기 때문에 엔도르핀이 마구 나올만한 상황은 가급적 겪지 않는 게 육체 및 정신 건강에 유익하다. 엔도르핀이 폭발적으로 분비되는 대표적인 경우 세 가지가 있는데, ①사망 직전 ②출산 ③급작적 중상이다. 하마에게 물려서 팔이 떨어져나간 후 도망가면서 고통을 못 느꼈거나, 자살시도를 했다가 극적으로 생존한 사람이 소생 직전에 격한 환희를 느꼈다고 한다거나, 엄마들이 흔히 자식한테 너 낳을 때 기뻤다고 하는 이야기들이 엔도르핀의 효과다.출처 : 나무위키 - 도파민, 엔도르핀
지구과학·천문우주
Q. 산에올라가도 기압이 높아서 힘든데 비행기는 내부 압력을 어떻게 낮추나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 국제선 비행기가 날아가는 지상에서 1만 1천여 미터 높이의 공중은 대기 온도가 영하 56.5도, 기압은 지상의 25%에 불과한 3.8PSI(Pounds per Square Inch), 습도는 0.001% 정도로 생명체가 살 수 있는 조건이 아니지요.하지만 비행기 안에 있는 사람들은 별다른 불편을 느끼지 못하는데, 그 이유는 여압장치, 온도 조절장치, 공기 순환장치, 오존 제거장치들로 이루어진 에어컨 시스템에 있습니다.기내에 공급되는 공기는 항공기 외부의 공기를 엔진의 압축기를 이용해 공기 온도를 섭씨 200도까지 높여 멸균 상태가 된 후, 승객이 편안함을 느끼는 적당한 온도로 조절되어 객실 내부에 공급이 됩니다. 이를 객실에 공급해 내부 압력을 일정하게 유지시켜 주며, 온도와 습도를 조절하고, 쾌적한 기내 공기 유지를 위해 지속적으로 순환시켜 주는 것이 바로 에어컨 시스템이지요.에어컨 시스템의 여압장치는 객실 기압을 일정하게 유지해 고공을 비행하는 승객들도 안전하게 활동할 수 있게 합니다. 고도가 높아지면 대기 압력이 감소하고 혈액의 산소 용해량도 줄어들면서 신체에 산소 부족 현상이 오게 되는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 풍선에 공기를 주입하듯이 객실에 압력을 가함으로써 기내 기압을 지상에서 느끼는 수준으로 만듭니다.출처 : 대한항공 뉴스룸 - [항공상식Q&A] 기내 공기는 안전한가요?
전기·전자
Q. 초전도체는 상용화 되어 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 초전도체를 사용하여서 자기부상열차나 MRI등등 현재 사용화 되어서 사용중인데요. 자기부상열차는 는 이전부터 개발되어서 일부 국가에서는 상용화 되었고 한국에서는 일부 노선에서 테스트만 진행한 사항입니다. 또한 현재 MRI는 모든 나라에서 사용중입니다. 초전도체가 진짜냐 가짜냐 하면서 뉴스에 나온것은 상온상압 초전도체로 지금까지의 초전도체는 극저온에서만 초전도체가 되어서 이것을 상용화 하기가 어렵고 또한 돈도 많이 들게 되는데 상온상압에서 초전도체가 되면 이런 비용과 수고가 적어서 이슈가 되었던것입니다.
화학
Q. 식용유가 왜 물보다 끓는 점이 높은지 궁금합니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 끓는점이란 액체 표면에서 기체로 변하는 증발과 달리 액체가 열에 너지를 흡수하여 표면 뿐 아니라 내부에서도 기체로 변할 때의 온도를 말한다 끓는점에서는 분자가 흡수한 열을 액체 분자 간의 인력을 끊고 상태 변화하는데 사용하기 때문에 온도가 더 이상 높아지지 않는 다.(출처 : 끓는점과 녹는점 - 서울대학교 과학교육연구소)즉 물체마다 분자간의 인력이 다르고 또한 물질의 양등에 따라서 끓는점이 달라지는 것입니다. 결국 물보다 식용류가 분자간의 인력이 더 높고 그 인력을 끓을수 있는 온도가 더 높아서 그런것입니다.
생물·생명
Q. 멸치도 멸종의 위기가 올수 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 멸치(영어: anchovy)는 멸치과의 바닷물고기이다. 정어리의 일종으로, 사람들의 이용뿐만 아니라 먹이 사슬에서도 중요한 물고기이다. 그만큼 수많은 물고기종류들중 가장 개체수가 많은편인 물고기중 하나이다. 거의 한 해 동안 산란기를 거치지만, 보통 봄, 가을에 산란한다. (출처 : 위키백과 - 멸치) 멸치는 생후 약 6개월이 지나면 산란이 가능하고 1번에 약4,000~6,000마리의 알을 낳는다고 합니다. 1년에 보통 10만 마이정도의 알을 낳는다고 합니다. 그래서 멸종될 위기는 없어 보이지만 무분별하게 마구 잡이로 잡고 또한 지구 온난화등으로 기후가 변화 하면 멸종될수도 있어 보입니다.
지구과학·천문우주
Q. 우리나라의 날씨를 보자면 봄에 무덥고 나면 꼭 비가한차례 내리던데 어떤영향 때문인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 지표면에 뜨거운 열기를 가하면 지표면의 공기는 가열되어 상승하게 되고, 상층의 차가운 공기는 하강하면서 열 균형을 이루게 돼요. 이러한 과정을 대류라고 하는데 가열된 공기가 상승하는 과정에서 구름이 형성되고 비가 내린답니다. 우리나라는 여름철 뜨거운 태양 아래 지표면이 달궈지면 뜨거워진 공기가 상승하면서 갑작스럽게 비가 내리게 되는데 이러한 비를 소나기라고 불러요. 열대 지방에서는 이러한 비를 스콜(squall)이라 부르며 더운 열대 지방의 기온을 낮춰주는 역할을 한답니다. 이러한 강수의 형태를 대류성 강수라고 해요.출처: 교육부 공식 블로그 - 비가 내리는 조건에는 무엇이 있을까요?
전기·전자
Q. 이 전자파차폐 소재는 어떤 원리로 전자파를 차단하는 건가요??
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 전자기 차폐(Electromagnetic shielding)는 공간의 특정 부분을 도체 혹은 강자성체로 둘러싸서 내부가 외부 전자기장으로부터 영향을 받지 않도록 하거나, 반대로 내부에서 발생한 전자기장이 외부에 미치지 않도록 하는 것을 말한다. 전자기장의 주파수가 높을수록 효과가 있으므로 고주파공학에서 많이 이용된다. 특히 전자기 차폐 중 라디오 주파수 부근의 전자기파를 막는 것을 RF shielding 이라고 한다. 전자기파의 차폐 정도는 사용되는 물질과 두께, 차폐하려는 공간의 크기, 막으려는 전자기파의 진동수에 따라 결정된다.잘 알려진 예로는 차폐 케이블이 있는데, 차폐 케이블은 안쪽의 중심 전도체를 감싸서 전자기 차폐를 일으키는 것으로 중심을 싸는 물질들은 중심으로부터 신호가 빠져나가지 않게 하고 동시에 외부의 신호에 영향을 받지 않도록 한다. 또한 몇몇 케이블의 경우 두 개의 분리된 동축막을 가지고 있어서 양쪽의 전자기장과 정전기장을 막을 수 있도록 한다.정전기적 평형상태에서 도체 내부에는 전기장이 0이된다. 도체 내부에 전기장이 0이 아니라면 이 전기장에 의해서 도체 내부의 자유전자가 전류를 형성한다. 전류가 흐르게 되면 전하의 분포가 달라지게 되고 그 분포는 도체 내부의 전기장을 0으로 만들도록 바뀐다. 도체 내부에서 어떠한 가우스면을 잡아도 전기장이 0 이므로 총 플럭스0이 되고 이는 도체 내부에는 항상 알짜 전하가 0임을 알 수 있다. 즉 도체 외부에서 전기장이 바뀌더라도 도체 표면의 전하분포가 바뀔 뿐 내부의 전하분포에는 변화가 없다.도체로 둘러싸인 동공의 경우, 언급한 것처럼 외부의 전기장은 도체 내부에 영향을 주지 못한다. 그러므로 외부에 전기장이 가해진 상태에서 내부의 도체를 제거하더라도 전하 분포의 변화가 없으므로 전기장의 분포는 변화가 없다. 즉 도체로 둘러싸인 동공은 항상 전기장이 0이 되어버림을 알 수 있다. 그러므로 전기장은 도체로 물체를 둘러싸기만 해도 완벽하게 차폐가 가능하다.항공기는 도체로 둘러싸여있기 때문에 번개를 맞더라도 전기장에 대해서 내부가 차폐되어 있어 내부에 아무런 영향을 주지 않고 운행할 수 있다.자기장 차폐를 위해서는 일반적으로 높은 투자율을 가진 물질로 주위를 둘러싸는 방법을 이용한다. 이러한 물질은 전기장 차폐와 같이 자기장을 완전히 막을 수는 없지만 자기장을 자신의 쪽으로 끌어당겨 일부 자기력선이 원하는 공간 주위로 지나가게 한다. 위에 언급한 한계로 인해 솔레노이드나 헬름홀츠 코일을 이용하여 만든 자기장을 이용하여 차폐를 하기도 한다. 추가적으로, 초전도체의 마이스너 효과를 이용하여 자기장을 차폐할 수도 있다.출처 : 위키백과 - 전자기 차