안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 모호로비치치 불연속면이라는 것이 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.모호면은 지구 표면에서 지각과 상부 맨틀 사이의 경계면을 의미한다. 모호면은 크로아티아 지진학자 모호로비치치(Andrija Mohorovčić, 1857-1936)에 의해 1909년 처음으로 발견되었으며 그의 이름을 따 명명되었다. 모호로비치치는 Kulpa Valley에서 1909년 발생한 지진에 의해 발생한 지진파를 분석하는 도중에 지진으로부터 약 300~720 km 떨어진 지진계에 서로 다른 시간에 도달하는 두 종류의 P파와 S파를 관찰할 수 있었지만, 이보다 가깝거나 멀 경우 지진계에는 오로지 한 종류의 P파와 S파 파형을 관찰할 수 있었다. 그는 이러한 현상을 설명하기 위해 특정 깊이에서 지진파의 속도가 불연속적으로 증가하는 불연속면이 있는 것을 가정하였다. 이 모델에 따르면 지진계에 기록된 두 실체파는 속도 불연속면에 의한 영향을 받지 않은 직접파(direct wave)와 속도 불연속면에 의해 형성된 파로, 서로 다른 시간에 도달하게 된다. 실체파가 임계각(critical angle)으로 불연속면에 입사할 경우 상부층으로 반사가 일어날 수 있으며, 일부 에너지는 불연속면을 따라 하부층의 빠른 속도로 전파한다. 따라서 불연속면을 따라 진행하는 지진파는 직접파보다 먼저 도달하는 특성이 있다. 이렇게 전달되는 파를 선두파(head wave)라 한다. 모호로비치치는 지진파 도달 시간을 이용하여 불연속 경계면의 깊이가 약 54 km에 있음을 밝혀냈고, 이후 다른 지역에서도 동일한 특성의 불연속면이 발견되었다. 이 불연속면은 이후 해당 경계면 하부에 분포하는 초염기성암에 의한 것으로 밝혀졌으며, 지각과 상부맨틀의 경계가 되었다.
토목공학
Q. 왜 겨울에늠 해가 늦게 뜨고 빨리 지나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양이 겨울에는 남반구쪽으로 내려가게 됩니다. 이유는 지구의 자전축이 기울어져 있기때문입니다. 태양의 고도가 낮기 때문에 그래서 해가 늦게 뜨고 일찍지는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 나사가 만들어진 최초의 목적은 무엇이었나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.NASA의 전신은 항공기술 연구를 하던 NACA(National Advisory Committee for Aeronautics, 미국 국가항공자문위원회)였다. 1914년 제1차 세계 대전이 발발하면서 전투기를 비롯한 항공무기 체계가 전쟁의 핵심 전력으로 급부상하자 미국은 정부, 산업계, 학계의 전쟁관련 프로젝트를 총괄할 조직으로서 NACA를 만들었다. 당대에 독일이나 소련, 영국 등도 비슷한 조직이 있었으나 특히 영향을 받은 것은 영국의 항공 자문위원회(Advisory Committee for Aeronautics, National이 빠졌을 뿐 이름도 거의 같다)였다.1차대전이 끝난 뒤에도 NACA는 계속 유지되어 다양한 항공기 기술 개발에 공헌하였다. 1920년대에는 얇은 날개 이론(Thin Airfoil Theory)[15]을 정립하여 컴퓨터도 CFD도 없던 시절에 항공기 날개의 성능을 수식으로 예측할 수 있게 되는데 큰 공헌을 하였다.1024px-The NACA ...NACA의 고속비행연구기지(현 암스트롱 비행연구센터) 사진.1930년대에는 엔진 카울링[16]에 대해 연구하여 이 부분의 항력을 감소시키면서도 냉각효율을 높이는 연구를 하였고, 그 결과물을 NACA 엔진 카울링이라 부른다. 이 연구결과는 이후 2차대전 중 대부분의 공랭식 전투기가 여기에 영향을 받은 것을 사용할 정도였다.1930년대에는 에어포일의 모양을 수식을 사용하여 만들 수 있게 하였으며, 각 에어포일에 대해 방대한 풍동실험 데이터를 갖추었다. 이렇게 정립된 에어포일들을 NACA 에어포일이라고 부르며, 일종의 에어포일의 '표준' 같은 것이 되어서 현재도 이 에어포일을 그대로 쓰거나, 상황에 맞춰 약간 변형하여 사용할 정도다. 무엇보다 참고할 만한 데이터가 방대하다보니... 2차 대전 중 P-51 무스탕도 NACA가 개발한 '층류 에어포일(laminar airfoil)'을 사용하여 당대 탑 클래스의 고속 비행 능력을 갖출 수 있었다.또한 2차 대전 중 P-38 라이트닝이 고속에서 급강하중 재상승하지 못하는 문제를 해결하는데 도움을 주기도 하였으며, NACA는 이때 문제해결을 위해 보유한 풍동을 고속비행시험에 맞춰 개조하기도 하였다.P-47 썬더볼트나 B-17의 엔진 등에 쓰인 터보 방식 과급기(터보 수퍼차저)의 개발에도 역시 NACA가 큰 공헌을 했다. 다만 터보기관 연구를 이쪽으로 집중하여 하다보니 나중에 터보제트 엔진 개발에는 좀 뒤쳐지게 된다.한편 P-39 개발에는 끼친 영향이 좀 애매한데, 벨에서 개발중이던 P-39가 도통 군이 요구한만큼의 최대속도가 안나왔다. 이미 P-39는 시제기인 XP-39가 나온 상태였기에 대대적인 재설계는 어려웠고, NACA는 여러 풍동 실험 끝에 동체에 붙어 있던, 터보 방식 과급기용 대형 공기흡입구를 삭제해버리면 군이 요구한 속도가 나올 것이라고 조언했다. 이걸 떼어버리고 1단 방식 과급기를 단 엔진을 사용하면 고고도 비행성능은 버려야했고, 이 뒤쳐지는 고고도 비행성능 탓에 P-39는 미 육군항공대와 이를 공여해간 영국 공군에서는 찬밥신세가 된다. 하지만 의외로 소련 공군은 저고도 전폭기/공격기로서 또 잘 써먹었으니 아이러니.1940년대 말에는 X 실험기 시리즈의 1번 타자인 X-1을 개발, 세계 최초로 유인 초음속 비행에 성공한다. 이후 초음속 비행에 대해 많은 연구를 거듭하였으며, F-102 전투기가 초음속 비행을 못하는 문제를 해결한 면적법칙에 대한 이론적 정립도 NACA의 업적이다.물론 NASA로 명칭이 바뀌긴 했어도 여전히 명칭에 '항공'이 들어가 있는대로, 사실 우주선 쏘고 외계인을 찾는 것 말고 일반적인 항공분야에 관한 연구도 하고 있지만, 사람들이 잘 관심을 안 가져 주기 때문에 웹 사이트에서도 우주 관련 얘기만 하고 있다. 항공기 역사에 중요한 X 실험기 시리즈의 개발시 중요한 역할을 많이 담당하기도 했다.1957년 구 소련이 최초의 인공위성 스푸트니크를 쏘아 올리자 미국은 그야말로 패닉 상태가 되었고, 이대로 밀릴 수 없다는 드와이트 D. 아이젠하워의 방침에 따라 이름에 '우주'를 넣어 지금 1958년에 우리가 아는 NASA라는 명칭이 되었다. 이후 미국은 소련과의 우주경쟁에서 이기기 위하여 무제한의 예산과 인력을 퍼부었다. 한때 NASA의 예산은 미국 연방 예산의 4%를 차지했다.[17] 특히 아폴로 계획 같은 유인 달탐사 계획의 경우 소련이 하기 전에 먼저 해야 한다!라는 강박관념을 가진 존 F. 케네디 대통령에 의해 가능했다고 해도 과언이 아니다.[18]실제로 1980년대까지는 각종 지원을 받으며 우주기술 선도에 대활약을 했으나, 당장 우주경쟁의 라이벌이던 소련이 망한 이후 자금지원이 많이 줄어들어 힘들어하고 있다. NASA가 자랑하던 세계적 연구 시설의 상당수도 운영비가 없어서 다른 정부 기관이나 민간에 넘어가 버렸다.[19] 또한 똑똑한 미국인 공대생들이 NASA를 기피하게 되는 것도 큰 문제이다. 월급은 정부기관답게 박봉이고, 연구비가 부족해서 더 이상 재미있는 연구주제가 없고, 혹시 좋은 아이디어를 만들어와도 정부기관 특유의 경직성과 관료제 때문에 실제 실행에 옮기는데 한 세월이 걸리기 때문. 도전적인 항공우주 연구 개발을 위한 조직을 찾는다면 정부 내에서도 이렇게 갑갑하고 가난한 조직이 되어버린 JPL보다 DARPA 같은 곳이 훨씬 매력적인데다 민간 조직으로 눈을 돌리면 스컹크 웍스나 스페이스X 같은 곳들은 지루해진 감이 있는 NASA의 이미지와는 큰 대조가 되는 곳들인지라 좋은 이력서를 받기는 갈수록 점점 더 어려워지고 있는 지경이다.
기계공학
Q. 3D프린팅 기술은 어떤 과학적 원리로 작동되나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.먼저 프린터를 점검하자. 베드에 흠집이나 남은 출력물이 없는지 보고 베드의 수평이 맞는지 빳빳한 종이로 확인한다. 슬라이서 가 제시한 필라멘트 양을 참고하여 남은 필라멘트가 충분한지 확인하고, 부족하다면 인쇄 중간에 교체할 준비를 하거나 교체하여 보충한다. 별도의 기능이 필요하다면 요구되는 확인절차를 더 거쳐야 한다.변환된 수치제어 프로그램을 프린터에 입력, 출력을 진행한다. 출력물의 파손을 막기 위해 '베드'는 적당한 온도(PLA기준 섭씨60도 전후)로 데워지며 이후 토출부까지 데워졌다면 입력된 프로그램대로 인쇄한다.프린터 해상도는 층 두께 및 XY 해상도를 dpi (인치당 도트 수) 또는 마이크로미터 (µm)로 나타낸다. 몇몇 기계는 한 층을 16 μm (1,600 DPI)처럼 얇게 출력할 수 있지만, 전형적인 한 층의 두께는 대략 100μm (250 DPI)이다 (XY 해상도는 레이저 프린터의 두께와 비슷하다). 이러한 입자(3D 도트)들은 지름이 약 50에서 100μm (510 to 250 DPI)이다. 이러한 프린터 해상도에서, 0.01~0.03mm의 그물과 0.016mm 이하의 줄 길이 정도면 주어진 모델 파일에서 최적의 STL 결과물을 만든다.높은 해상도를 사용하는 것은 프린트의 퀄리티에서 증가 없이 큰 파일들을 만든다. 현대의 방법으로 모델 제작은 사용된 방식이나 모델의 복잡성, 크기에 따라 몇 시간에서 며칠의 시간이 소요된다. 그래도 적층 방식은 사용되는 기계의 종류나 동시에 생산되는 모델의 크기, 개수에 크게 의존함에도 불구하고 전형적으로 이러한 시간에서 약간의 시간을 줄여준다. 금형에 주입하는 것 같은 전통적인 방식은 높은 퀄리티로 폴리머 상품을 제조하는 것에서 덜 비싸겠지만, 적층 제조방식은 더 빠르고, 훨씬 유동적이며, 상대적으로 작은 파츠를 생산할 때 덜 비싸다.3D 프린터는 디자이너와 초안 개발 팀들이 데스크탑 크기의 프린터를 사용해 파츠와 기본 모델을 제작할 수 있도록 한다. 적층 제조방식에서 모든 레이어로 된 구조들은 꺾이거나 기울어지는 부분에서 피할 수 없이 뒤틀림이 나타난다. 이러한 효과는 제작 과정 내에서 부품 표면의 방향에 크게 의존한다.
화학
Q. 실내에서 암막커튼을 치고 조명을 다 꺼놔도 자외선에 노출이 되나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.암막커튼이 쳐져 있고, 실내가 어두움 자체라면 자외선 노출은 없는 안전한 상태 입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구과학 용어 중에 석영반암이 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.관입암체로 산출되는 반상(斑狀) 화성암이다. 알칼리장석과 석영이 반정(斑晶)을 이루고, 흑운모, 각섬석, 휘석을 소량 함유한다. 유문암보다 결정도가 높고 잠정질(潛晶質) 또는 미정질(微晶質)이다. 산성 반심성암으로 건설용 골재에 쓰인다.화강암에 가까운 것은 특히 화강반암이라고 한다. 반정을 이루는 광물은 알칼리장석(長石)과 석영이며, 석영은 흔히 융식(融蝕)된 형태로 되어 있다. 흑운모나 각섬석 또는 휘석을 소량 함유하고 있는 것이 보통이다. 석기는 유문암보다 다소 결정도가 높고 잠정질(潛晶質) 또는 미정질(微晶質)이며, 미화강암(微花崗岩) 조직이나 미문상(微文象) 조직이 있는 것도 있다. 특히 문상이 현저한 것은 문상반암이라 한다.
지구과학·천문우주
Q. 우주정거장을 밤하늘에서 눈으로 찾을 수 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.분명히 ISS는 지구위를 하루에 15.5회정도 돌고 있는데, 왜 밤하늘에서 보는것이 쉽지 않을까요?그 이유는 바로 ISS의 궤도와 우리가 관측가능한 지점, 그리고 관측가능한 시간의 삼박자가 일치 되는 시점이 자주 있지 않기 때문입니다.ISs는 매우 빠른 속도로 지구를 돌고 있기 때문에조금만 늦어도 우리가 관측할 수 있는 지점을 지 나가버려서 관측에 어려움이 있으므로, 시간의 여유를 두고 기다리셨다가 ISS가 지나갈때 손을한번 흔들어주시면 될 것 같습니다.
생물·생명
Q. 다카라다니 라고하는 빨간 벌레 해충인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.다카라다니(Balaustium mutotum (Hermann), タカラダニ)는 일본에서 유입된 응애의 일종이다. 진드기라고 많이 불리지만 학문적으론 엄연하게 응애다. 간단설명몸길이는 약 1mm이며 몸 전체가 빨간색이다. 번식력이 매우 강해 알을 한 번 까면 기하급수적으로 늘어난다. 빛을 좋아해 양지바른 곳에서 주로 목격된다. 돌이나 시멘트에 붙은 꽃가루와 염분을 먹고 산다. 시멘트, 벽돌 등 돌로 지어진 연식이 오래된 건물, 담벼락에 흔히 볼 수 있다. 간혹 가다가 난간, 벤치등에도 붙어있다. 사람을 물지도 않고 인체에 해가 없지만 드물게 알러지를 유발한다고 하며, 비둘기 둥지나 매미류, 사슴벌레 등에 기생할 가능성이 있다.4~6월에 주로 증식하지만 수분에 약해서 물에 닿으면 쉽게 죽기 때문에 장마철이 오면 개체수가 눈에 띄게 줄어든다.
화학
Q. 염산의 성분과 워험성이 궁금합니다
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.염화 수소 기체를 물에 녹인 용액인 염산은 무색이며 특유의 자극적인 냄새를 갖는 부식성이 있는 무기 산이다. 염산은 산-염기 반응을 통해 염기성 물질과 다양한 염산 염을 생성하며, 용액에서 두 이온이 완전히 해리하기에 강산으로 분류된다. 염산은 또한 염화수소 산(muriatic acid)이나 염화 하이드로늄(hydronium chloride)으로도 알려져 있다.염산은 매우 강력한 화학 물질로, 올바르게 다루지 않으면 다음과 같은 위험성과 부작용이 있을 수 있습니다:피부 접촉: 염산이 피부에 직접 닿을 경우 화상을 일으킬 수 있습니다. 심한 경우 피부 조직이 손상될 수 있으므로 즉시 물로 씻어내야 합니다.흡입: 염산 가스나 증기를 흡입하면 호흡기에 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 이로 인해 기침, 목 아픔, 심지어는 호흡 곤란을 유발할 수 있습니다.눈에 접촉: 눈에 염산이 들어가면 심각한 안과 문제를 일으킬 수 있으며, 즉시 의료 상담이 필요합니다.재료와의 반응: 염산은 다른 화학 물질과 반응하여 위험한 가스를 생성할 수 있습니다. 따라서 염산을 다룰 때는 해당 물질과 반응할 가능성이 있는 물질들을 멀리해야 합니다.저장과 운송: 부적절한 저장과 운송은 누출을 일으킬 수 있으므로, 염산은 반드시 누출 방지가 가능한 용기에 보관해야 하며, 위험 물질로 분류되므로 특별한 주의가 필요합니다.
물리
Q. 트램폴린의 과학적 원리가 뭔지 궁금해요.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.작용과 반작용, 중력의 법칙, 위치에너지, 관성의 법칙 등 다양한 원리가 포함되어 있습니다. 스프링으로 연결한 매트. 스프링의 반동을 통해 더 높게 점프할 수 있도록 도와주는 역할도 한다. 예를 들면 농구장에서 이벤트로 등장하는 슬램볼이라고 부르는 트램펄린 덩크가 그것. 모양에 따라 원형 트램펄린, 사각형 트램펄린 등이 존재한다.철제 받침대에 켄버스 천을 스프링으로 연결한 도구라 탄력성이 매우 뛰어나 적은 힘으로도 아주 높은 높이까지 뛰어오를 수 있다. 때문에 트램펄린 위에서는 막말로 개나소나 공중제비를 할 수 있고, 이것이 상당한 재미가 있기 때문에 어린이들에게 인기가 많다. 이런 류의 안전망 설치형 트램펄린을 구매해 놀이기구로 집에 두기도 한다.