안녕하세요 설효훈 전문가입니다.
전기·전자
Q. 평소궁금한건데 비행기가뜨는원리가 양력이라던데 양력이 뭔가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 양력은 공기 중에서 무언가를 들어올리는 힘인 양력. 공기 속 물체가 수직 방향으로 받는 힘인데요, 높은 압력에서 낮은 압력 쪽으로 생기는 힘입니다. 비행기 날개의 형태에 따라 공기가 두 갈래로 나뉘게 되는데, 이 때 꺾 인 공기는 작용 반작용 법칙에 의해 양력을 발생시킨답니다. 비행기가 정지해 있을 때에는 생기지 않지만 일정 속도 이상으로 움직일 때 발생하며, 공중에서는 비행기 무게와 같은 크기의 양력을 유지해야 비행기가 추락하지 않아요!출처 : 제주항공우주박물관 블로그 - 비행기를 띄우는 힘 '양력과 항력의 관계'
전기·전자
Q. 과학에서 ai를 계속 만드는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 인공지능을 지속적으로 발전시키는 이유는 결국 인간이 하기 어려운 일이나 위험한 일을 대체하기 위함입니다. 자의식이 있는 로봇이 사람을 대체해서 알아서 판단하고 생각해서 행동하고 그로 인해서 사람은 강도 높은 노동에서 해방되는 것입니다. 그런데 이런 것이 결국 딜레마가 되어서 자의식에 의해 인공지능 로봇에 의하여 사람이 피해를 입을 수 있고 또한 단순 노동을 하는 사람들의 일자리가 없어지기도 할수 있습니다.
생물·생명
Q. 상어의 이빨은 어떻게 계속 자라나나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 상어의 이빨은 평생에 걸처 자라나며 보통 턱뼈에서 층층이 자라서 가장 마지막 줄의 이빨을 밀어내는 형식으로 오래된 이빨은 떨어져 나가고 새 이빨이 그 자리를 차지하는 식으로 주기적으로 이빨을 갈아치운다. 보통 상어는 평생 6000개 이상의 이빨을 간다고 알려저 있다.(출처 : 나무위키 - 상어이빨)과학자들이 연구한 결과 상어의 이빨 재생에 관여하는 유전자가 있다고 합니다. 그래서 그 유전자 떄문에 이빨이 계속 자라고 나오고 새로 생기고 하는 것이라고 합니다.
물리
Q. 총안에 총알은 어떤 원리로 빠른속도로 나가게 되나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 탄환이 발사되는 원리는 방아쇠를 당기면 방아쇠에 걸려 있던 공이 걸림이 풀리면서 세게 앞으로 움직이고 이 공이 뇌관을 강한 힘으로 가격하면 내부에 작은 폭발이 일어나면서 장약을 연소시킵니다. 연소과정에서 발생한 고압의 가스가 탄환을 밀어내면서 탄피와 분리되며 발사되는 원리입니다.출처 : 나로우주과학관 - 탄환이 발사되는 원리
기계공학
Q. 버스의 버저 음은 어떤 원리로 작동하는건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 버스에서 내리기 전 버스 기사에게 하차한다는 것을 알리기위해 누르는 버튼. 원래 벨은 종을 뜻하는 단어이지만 눌러서 울린다는 점 때문인지 버튼을 가리키는 말로 다소 변형되었다. 누를시 소리가 나며, 버스 내의 모든 하차벨에 빨간불이 들어오며 운전석 계기판에 STOP표시등이 들어온다. 운전석에도 하차벨이 달려있으며 서울시내버스와 경기도 일부회사 차량들, 인천시내버스 도영운수 차량들은 CCTV 모니터에 하차표시가 나오는 모니터를 달아서 하차 여부를 쉽게 알수있다. 승객이 하차하고자 하는 정류장 진입 전에 하차벨을 누르면 운전기사는 해당 정류장에 정차하여 하차문을 연다. 하차문을 열면 들어왔던 불이 꺼진다.출처 : 나무위키 - 하차벨즉 버튼을 누르면 접지가 되면서 그 신호가 벨로 가게 되어서 울리게 되고 또 그 신호가 운전기사쪽 스탑 버튼에 불이 들어오게 되는 원립니다.
지구과학·천문우주
Q. 화성암은 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 마그마 혹은 용융물(melt)이 식어서 생성된 암석이다. 지각의 상당한 양은 화성암으로 구성되어 있다고 알려져 있으나 변성암이 혼합되어 있고 표층에는 퇴적암이 무척 풍부해서 지표에서는 비교적 노출된 양이 적다. 한국에는 중생대에 화성암이 많이 관입했기 때문에 화성암, 특히 화강암류가 풍부하게 분포하고 있다. 화성암은 구성 광물이 다양할 뿐만 아니라 암석이 식으면서 만들어내는 다양한 지질 구조가 자원과 관련이 화성광상은 가장 풍부하게 분포하는 광상으로 알려져 있다. 화성암은 마그마가 굳은 뒤에 큰 변화를 겪지 않은 것이므로, 마그마 자체의 성질을 역추적하는데 유용하다. 더 나아가 마그마의 성질은 그것이 만들어진 (용융된) 환경의 지배를 받기 때문에, 마그마가 형성된 환경을 역추적할 수도 있다.출처 : 나무위키 - 화성암
토목공학
Q. 해저 터널의 경우 어떤 과정을 통해서 짓게 되는건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 해저터널은 흔히 산을 뚫는 터널과는 달리 지반이 약하고(뻘바닥을 연상해보자) 바닷물의 압력(수압)이 워낙 커서 건설 자체가 매우 힘들다. 다만 시공 방법에 대한 개념은 대부분 일반 터널과 비슷하게 가장 무모하고 위험한 개착식부터 현대의 NATM 방식, 실드 TBM 방식은 물론 해저/하저터널만의 방식인 침매방식도 있다. 침매 방식을 제외한 나머지 방식은 일반 터널 문서와 크게 다르지 않다.3.1. 개착식 흙막이 공법가장 무식한 방식. 일명 '가물막이 공법'이라고도 부른다. 터널 양옆에 바다에 임시로 댐을 쌓아 바닷물을 막고 물을 퍼낸 다음 굴착해서 터널을 건설한 뒤 바닷물을 다시 채우는 방법이다. 근래의 엄청난 스케일의 해저터널에서는 불가능한 방법이다. 다른 건설기법은 생기기도 전이던 아주 먼 옛날에나 초단거리 해저터널 건설 시 사용되었다. 대한민국의 수도권 전철 5호선이 지나는 천호대교 아래(광나루역-천호역 구간)의 한강 및 서울 지하철 2호선 종합운동장-삼성 구간의 탄천 하저터널, 그리고 통영시에 있는 동아시아 최초의 해저터널인 통영 해저터널 건설에 사용된 공법이다. 단 여긴 지협이었던 곳을 파서 터널을 지어놓고 물을 터뜨린 특이한 케이스이다.3.2. NATM 방식New Austrian Tunnelling Method의 준말로 오스트리아에서 개발한 방식이라서 이러한 이름이 지어졌다. 1980년대부터 지금까지 대한민국에서 지하철 공사에 가장 많이 쓰이는 방법이기도 하다. 지하철뿐만 아니라 터널이라면 안 쓰이는 곳이 없을 정도. 지반이나 암반에 구멍을 뚫어서 화약을 삽입, 폭파시키고 벽면을 콘크리트 등으로 발라 지반 자체의 힘을 최대한 사용하면서 굴착해나가는 방법이다. 대한민국의 수도권 전철 5호선이 지나는 마포대교 아래(여의나루역-마포역 구간)의 한강 하저터널 및 일본의 세이칸 터널이 이 방법으로 건설되었다. 지반이 연약할 경우 공사에 위험이 따른다는 단점이 있다. 실제로 1970~80년대에 지었던 세이칸 터널은 공사 도중 갱이 3번이나 침수되어 사상자가 생기기도 했다. 지질조사용 갱(선진도갱), 본갱, 작업갱을 각각 3개씩 파 놓고 공사한 덕에 작업갱으로 물을 퍼내서 겨우겨우 본갱의 침수 사태를 복구했다고 한다. 일부 연약지반 구간은 선진도갱을 본갱 앞으로 우회시켜 지반에 응고제를 주입해 굳히고 뚫는 방식으로 건설했다. 현재 수도권제2순환고속도로의 인천북항터널과 77번 국도의 보령 해저터널이 이 공법으로 시공되었다.3.3. 실드 TBM 방식1825년 영국에서 이점바드 킹덤 브루넬의 아버지 마크 브루넬이 조개에서 영감을 얻어 템즈 강 밑에 하저터널을 건설할 때 사용한 오래된 공법이다. 현대에는 자동화된 터널만한 회전식 그라인더형 굴착기로 땅을 긁어 나아가면서 세그먼트로 불리는 콘크리트 블럭을 조립해서 터널을 만들어 가는 방식으로 발전되었다. 연약한 지반에 굴을 뚫기에 가장 좋은 방법으로 실드 자체가 굴착 및 지지대 역할을 하기 때문이다. 하루에 6m 이상 나가므로 매우 빠르며, 공사 기간 단축이 가능한 반면, 장비가 고가인데다 크기도 엄청나서 한번 조립하는데만 8주가 소요되며, 공사 완료 후 분해를 하는데만 해도 4주 정도가 걸린다. 한국에서는 이 방식으로 만든 해저터널은 없고 분당선과 별내선, 서해선, GTX-A에 건설되는 한강 하저터널과 부전-마산 복선전철에 건설될 낙동강 하저터널이 이 공법으로 건설중이다. 한강 하저터널 TBM 공법 설명 영상 도로에서는 최초로 수도권제2순환고속도로 김포~파주간 한강 하저터널이 실드 TBM으로 시공 중이다. 이 공법에 쓰이는 굴착기는 양쪽에서 굴착해서 다시 꺼내지 못하는 특수한 경우를 제외하고는 해체해서 지상으로 올려서 회수된다. TBM 특성 상 굴착 전진하면서 동시에 뒤쪽으로 콘크리트 벽을 붙이는 방식이므로 TBM 직경보다 터널 직경이 작아져 후진이 불가능한데다, 무게 650톤, 길이 80m이상의 거대한 장비를 버리는 것보다 회수하는 게 비용이 덜 들기 때문이다. 그러나 오히려 기계를 꺼내서 회수하는 비용이 새로 제작하는 것보다 더 들거나 아예 빼낼 수 없을 때는 그냥 현장에 버리는 경우도 있다. 채널 터널에서는 영국과 프랑스의 경계 부분에 이 기기를 본 터널 바닥으로 가게 해서 묻어버렸다. 한국에서는 2010년대 초 실드TBM의 커터헤드 국산화에 성공했다.3.4. 침매방식(BOX 공법)상대적으로 얕은 바다에 콘크리트로 미리 만들어둔 터널 크기의 함체를 만들어 바다에 가라앉혀 이어나가는 방식이다. 쉽게 말해서 바다 바닥에다가 터널 블럭 올려두고 주욱 이어 붙이는 것이다. 짧은 거리, 얕은 바다에 주로 사용하므로 이 방법을 사용한 해저터널이 많다. 한국에서는 유일하게 거가대로의 가덕 해저터널을 이 방법으로 건설했다. 위의 사진은 가덕해저터널에 사용되었던 터널 블록. 생각보다 매우 큰데, 터널 옆의 자동차와 크기를 비교하면 그 규모를 짐작해 볼 수 있다.출처 : 나무위키 - 해저터널
생물·생명
Q. 우성과 열성중에 어떠한 식으로 우성이 먼저 발현이 되나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 유전학에서 우성(優性, 영어: dominance)은 염색체에 있는 유전자의 한 변이체(대립 유전자)가 다른 염색체에 있는 같은 유전자의 다른 변이체의 영향을 가리거나 무시하는 현상을 말한다. 첫 번째 변이체를 우성(優性, dominant)이라고 하고 두 번째 변이체를 열성(劣性, recessive))이라고 부른다. 각 염색체에 동일한 유전자의 서로 다른 두 가지 변이가 있는 이 상태는 원래 유전자 중 하나의 돌연변이(신규 또는 유전)로 인해 발생한다.출처 : 위키백과 - 우성
전기·전자
Q. 형상기억합금은 어떻게 만드나요??
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 형상기억합금(形狀記憶合金, Shape-memory alloy)이란 다른 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전의 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금을 말한다. 예를 들면 곧게 뻗은 형상기억합금의 막대를 코일 모양으로 구부려 놓는다. 얼마 있다가 더운물에 넣으면 마치 이전의 모양을 기억하고 있었던 것처럼 똑바로 펴진다.이 합금의 또 하나의 특징은 강한 복원력이다. 원래의 모양으로 돌아갈 때, 변형에 소요된 힘의 5배 가량의 힘을 낸다. 형상기억 효과에는 한번 원래의 모양으로 돌아가면 그만인 것과 처음에 변형시켜 두면 온도차에 의해서 몇 번이라도 효과를 나타내는 것의 두 종류가 있는데 현재 실용화되고 있는 것은 앞의 것뿐이다.형상기억효과를 나타내는 합금으로서는 티타늄·니켈 합금이 대표적인데, 그 밖에 동계(銅系)의 합금이 연구, 개발 중에 있다. 출처 : 위키백과 - 형상기억합금
생물·생명
Q. 꿀벌이 완벽한 육각형의 집을 지을 수 있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 꿀벌 같은 경우 몸에서 나오는 밀랍으로 집을 짓는다. 흔히 아는 육각형 모양의 구조를 허니콤(Honeycomb) 혹은 허니 페이퍼(Honey Paper)라고 하며, 구조가 안정적이면서도 빈틈없이 평면을 채울 수 있기 때문에 최소한의 재료로 공간을 활용할 때의 효율이 매우 뛰어나며, 수직 방향, 그러니까 위에서 아래로 내리누르는 힘에 대해서 대단히 튼튼하다고 한다. 무게대비 강도가 중요한 항공우주분야에서는 일찍이 허니콤 구조가 널리 쓰이고 있다(전투기 날개나 헬기 로터 등등). 벌집 모양의 구조물 위아래로 접착제를 이용해 금속제 등의 외피를 붙이는 식이다. 외피와 허니콤이 잘 붙어 있는지 검사하기 위해 코인태핑 검사라고 하여 동전같은 것으로 두들겨보는 방법이 있는데, 이 소리가 다르면 그곳은 접착제가 떨어진 곳이다. 우주왕복선의 세라믹 내열재도 벌집 모양으로 붙여서 층을 만든다고 한다.또한 벌집은 원래 원통형이다. 처음에는 단순한 원통형으로 조밀하게 쌓아 만든 밀랍의 구조가 군집한 벌의 체온에 의해 녹으면서 표면장력으로 인해 점점 육각형 모양으로 바뀌는 것이다. 따라서 같은 벌집이라도 금방 지은 부분의 벌집은 단순한 원통 형태의 집합체지만 지은 지 조금 오래된 부분의 벌집은 육각형 모양이 되는 것이다. 출처 : 나무위키 - 벌집