안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
화학공학
Q. 화장실 실리콘 곰팡이를 락스로 없애는 원리가 어떻게 되나요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.락스는 염소가 포함된 화합물로, 염소가 세균, 바이러스, 곰팡이 등을 살균하는 데 효과적입니다.락스는 알칼리성을 띠고 있어 기름, 지방, 그리스 등의 오염물질을 용해시키는 효과가 있습니다. 이러한 오염물질은 일반적인 중성 또는 산성 세제로는 제거하기 어려운 경우가 많습니다.락스는 소금산을 함유하고 있어, 물에 녹은 철분과 같은 녹에 대해서도 효과적으로 제거할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구나 태양과 같은 행성의 크기는 어떻게 재는 것인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.위도1) 차를 이용한 지구의 크기 측정두 지점의 위도 차를 이용하여 중심각의 크기를 구하면 지구의 크기를 측정할 수 있다.① 측정 원리: 원에서 호의 길이는 중심각의 크기에 비례한다.② 측정해야 하는 값이미지 갤러리 가기• 두 지점 사이의 거리는 호의 길이(l)와 같다.• 같은 경도 상에 있는 A와 B 지점의 위도 차는 두 지점 사이의 중심각(θ)과 같다.→ A 지점의 위도 - B 지점의 위도 = θ• 경도2)가 같은 두 지점의 위도 차(θ) → 중심각의 크기(같은 경도에 있는 두 지점의 위도 차는 중심각의 크기와 같다.)• 두 지점 사이의 거리(l) → 호의 길이③ 비례식2πR : 두 지점 사이의 거리(l) = 360° : 두 지점의 위도 차(θ)④ 지구의 크기2πR (지구 둘레) = \\frac { l\\times 360\\cir }{ \\Theta } 따라서 R(지구 반지름) = \\frac { l\\times 360\\cir }{ 2\\pi \\times \\Theta }
화학
Q. 휘발유와 경유가 자동차 연료의 주를 이루는 이유가 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.휘발유는 인화점이 높고, 불순물이 적고, 옥탄가가 높아서 주로 사용되구요. 경유는 인화점은 낮으나 폭발력이 강해서 디젤 엔진에 주로 사용됩니다. 등유와 중유의 경우 실내등이나 다른 용도로 사용됩니다.
물리
Q. 부메랑을 던지면 다시 돌아오는 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.부메랑 중 투척 후 제자리로 돌아오는 리터닝 부메랑은 공기의 양력과 세차 운동을 이용하여 제자리로 돌아오게 된다.리터닝 부메랑은 윗면이 약간 둥글고 아랫면이 편평하다. 이러면 부메랑을 던질 시 윗면이 아랫면보다 공기의 흐름이 빠르게 되며, 압력의 차이에 의하여 공기가 부메랑을 위로 밀치는 양력이 나타나게 된다.또한 부메랑은 날아갈때 윗면과 아랫면이 받는 힘이 서로 반대가 된다. 윗면은 회전방향과 이동방향이 같으나 아랫면은 서로 다르며, 이로 인해 서로 받는 힘이 달라져서 균형이 깨지고 진행방향을 바꾸게 하는 세차운동이 작용한다.이렇게 양력과 세차운동의 작용으로 리터닝 부메랑을 투척 후 큰 원을 그리며 다시 제자리로 돌아오게 되는 것이다.이런 리터닝 부메랑의 영향으로 던지고 다시 되돌아온다는 것이 부메랑의 아이덴티티로 정착해버렸기 때문에 만화나 게임 등에서 부메랑은 거의 전부 적을 타격한 후에도 알아서 돌아오는 무기로 그려진다. 또한, 몇몇 영상 매체에서는 칼처럼 날카로워서 절삭력이 매우 뛰어나다고 묘사하기도 한다. 이는 호주 영화인 매드 맥스 2의 영향이 큰데, 이 작품에는 면도날처럼 날카로운 금속제 부메랑을 던지는 어린이가 등장하며 이 부메랑은 적을 벤 뒤 던진 이에게 되돌아오는 칼 같은 것으로 묘사된다. 이런 날카로운 부메랑은 단검 대용으로 사용하는 장면이 나오기도 한다.
생물·생명
Q. 발효해서 만드는 음식에는 어떤 과학적 원리가 숨어 있을까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.발효의 전통적인 (고전적인) 정의는 "미생물이 무산소 조건에서 사람에게 유용한 유기물을 만드는 과정"을 말한다. 가장 대표적인 것이 효모균의 알코올 발효와 젖산균의 젖산발효다. 효모균이 발효에서 만드는 알코올(에탄올)은 효모균에게 독성을 나타내고 젖산도 젖산균의 생장을 억제한다. 즉 자신들이 원해서 만드는 것이 아니고 무언가 다른 목적을 이루기 위하여 부산물로 이들이 생성되는 것이다. 알코올과 젖산이 생성되는 대사반응을 요약하면 다음과 같다.원핵세포인 대장균부터 사람에 이르기까지 동일한 과정으로 진행되는데 산소를 직접적으로 필요로 하는 반응이 없다. 그러나 최종 산물인 pyruvate(피루브산)는 다시 산화와 분해반응을 거치며 여러 개의 NADH와 FADH를 생성하면서 이산화탄소로 제거된다. 그리고 NADH와 FADH는 전자전달계를 통하여 다량의 ATP를 생성하면서 각각 NAD와 FAD로 재생되고 자신이 필요한 반응에 다시 작용한다. 바로 전자전달계의 마지막 생화학반응에 산소가 필요하며 이 산소는 수소를 받아 물로 전환되어 (2H2+O2=2H2O) 우리들이 호흡하면서 배출된다. 산소가 없으면 역으로 전자전달계가 작동되지 못하고, 이어서 NADH와 FADH는 NAD와 FAD로 재생되지 못하며, 따라서 세포 내부에 더 이상 NAD와 FAD가 존재하지 않게 된다. 물론 사람은 당연히 산소공급이 없으면 죽지만, 일부 미생물들은 발효라는 과정을 거쳐 무산소 환경에서도 생존한다.젖산균은 산소가 없는 환경(정확하게 표현하면 산소농도가 극히 적은 환경)에서 서식하며 해당과정에서 ATP를 얻는다. 산소가 없으므로 세포질의 NAD는 모두 NADH 상태로 전환되었고, 더 이상 기질로부터 수소를 제거하는 산화 반응을 수행할 NAD가 없다. 따라서 ATP도 합성할 수 없는데, 젖산균은 위의 반응에서 생성된 NADH의 수소 두 개를 피부르산에게 전달하고 NAD를 재생시킨다
전기·전자
Q. 학교역학시간에 항복응력에대해 예기하던데 항복응력이 뭔지궁금해요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.어떤 물체에 응력을 가하여 변형시킬 때 응력이 작을 때는 응력에 비례하여 변형(탄성변형)이 되고 응력을 제거하면 원래의 상태로 되돌아간다. 그러나 응력이 어떤 한계를 넘었을 때 변형이 급격히 증대하는 경우가 생긴다. 이 현상을 항복이라 하고 그 한계응력을 그 물질의 항복응력 또는 단지 항복값 또는 항복점이라고 한다. 항복응력 이상에서는 물체 내부에 미끄럼이 생기기 때문에 응력을 제거하여도 물체는 먼저의 모양으로 되돌아가지 않고 영구변형이 남는다. 이것을 (가)소성이라 하고 그 변형을 소성변형이라고 한다. 또한 소성을 나타내는 물체를 소성체라고 한다. 고분자의 고농도용액이나 콜로이드의 고농도 분산액의 유동에 있어서도 항복현상이 나타난다. 즉, 가해지는 전단응력이 작은 경우는 유동하지 않고, 어떤 값 이상의 전단응력에 의해 비로서 유동을 일으킨다. 정지상태에서의 분자 또는 입자 사이의 구조형성(→ 구조점성)이 강하고 그 구조를 파괴하여 유동을 일으키게 하기 위해서는 일정값 이상의 전단응력을 가하지 않으면 안 되기 때문이다.
토목공학
Q. 유리의 재료가 모래라고 알고 있는데요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.유리(琉璃, glass)는 모래 가운데 다른 구성 광물들이 풍화되어 사라지고 단단한 석영질이 주로 남은 규사(硅砂)에 탄산나트륨과 석회암을 적절한 비율로 혼합하여 이를 높은 온도에서 녹여 성형, 서서히 냉각하여 만드는 소재이다. 유리의 가장 주요한 특징은 투명성이며, 단단하지만 유연성이 거의 없어 쉽게 깨지는 비결정 고체 물질이다.
생물·생명
Q. 지구에서 가장 많은 생물이 무엇일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구에서 개체수가 가장 많은 생물인 개미,2022년 9월 지구에 서식하고 있는 개미의 수가 2경(20,000,000,000,000,000) 마리에 달한다는 추 정치가 과학자들에 의해 세계적인 학술지 미국국립과학원회보(PNAS)의 논문에 실렸습니다.개미들의 무게를 모두 합치면, 지구상의 모든 인간 의 무게를 합친 것보다 더 클 것으로 추정하고 있는 데, 결국 1인당 250만(2,500,000)마리의 개미와 함께 살고 있는 셈이랍니다.
생물·생명
Q. 가축을 키우면서 발생되는 매탄가스로 인한 환경 오염 문제에 대해 제시되고있는 해결책에는 무엇이 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.메탄가스로 지구 온난화가 가속화 되고 있습니다. 갸축을 적게 키우고, 육식보다는 식물성 음식이나 단백질을 섭취하면 됩니다.
전기·전자
Q. 평상시에궁금한건데 레이저와 일반광원차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.레이저(LASER)는 복사 유도 방출에 의한 광증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)의 줄임말로, 본래 빛의 증폭이라는 물리적 현상을 이르는 말이다. 일상적으로는 이를 이용해 만들어진, 강하고 퍼지지 않으며 멀리 전달되는 단색광 레이저 빔(beam) 또는 레이저광(光)을 간단히 '레이저'라고 부른다. 레이저 빔은 단색성, 직진성, 가간섭성, 고출력, 편광성이 특징이다.본래 줄임말이라 대문자로 써야 하지만 시간이 흐르면서 일반명사화 되어 영어권에서도 두문자 'LASER'라고 표기하지 않고 'Laser'라고 단어처럼 사용하는 경우가 더 많다.레이저 발진이 원천 기술 자체만으로 따진다면 아주 조건이 민감하기도 하고, 상당히 어렵고 까다로운 기술이다. 그렇기 때문에 자동차는 19세기에 이미 나왔지만, 레이저는 20세기 중반이 넘어서야 등장한 것. 대한민국도 실용적인 산업용 레이저를 조립하고 빔을 발진시키는 기술과 노하우는 상당히 있지만, 여전히 상당수의 고가의 광학 부품을 해외에서 수입하는 실정이다.2. 원리원자들은 안정된 상태에 있다가 에너지를 받으면 전자들이 들뜨게 되어 에너지가 높아진다. 이 상태는 에너지가 높아 굉장히 불안정하기 때문에 이내 빛을 내면서 안정된다. 이를 자연 방출이라고 한다. 이 과정을 통해서 나온 빛은 위상과 파장이 각기 달라 잘 퍼지게 되고 멀리 가지 못한다. 이는 우리가 흔히 보는 빛이라고 생각하면 된다. 하지만 들떠 있는 순간의 원자가 자신이 자연 방출하는 빛과 동일한 파장의 빛과 충돌하면 파장과 위상, 진행 방향이[1] 동일한 빛을 방출하는 성질이 있다. 이를 유도 방출이라고 하는데, 레이저는 이 원리를 이용한다.참고로 방출되는 파장의 길이에 따라 유도방출이 얼마나 잘 일어날지를 계산해 볼 수 있다. 이는 양자역학이나 광학을 배우면 알 수 있으며, 자세한 내용은 페르미의 황금법칙(Fermi's Golden Rule)을 참고해보자.매질을 사용하는 일반적인 레이저의 경우, 내부에 좌우로 거울이 설치하여 광공진기를 구성하여 그 사이에 레이저 발진에 쓰이는 물질을 넣어 놓는다. 이때 한쪽은 전반사 거울을, 다른 한쪽은 일부분 투과시키는 반투명 거울을 사용한다.[2] 그리고 사이의 물질을 자극하면[3] 빛이 거울 사이를 몇 백 번을 왕복하면서 거울로 수직 반사되는 빛만이 남아 유도 방출로 인해 서서히 빛이 가지런히 정렬된다. 그리고는 이런 과정을 거쳐 일정한 에너지 이상이 되면서 레이저광으로 방출된다. 공진기의 거울 배열이 각도가 1도만 틀어져도 레이저 빔이 발진이 안되기 때문에 매우 예민한 부분.또한 물질마다 들뜬 상태에서 바닥 상태로 전환 될때 방출하는 에너지의 크기가 다른데 이 때문에 물질마다 파장이 다르며 레이저의 매질로 사용되는 물질에 따라 레이저가 가지는 색깔과 에너지가 결정된다.[4] 네온에서는 빨간색, 헬륨에서는 노란색, 아르곤에서는 파란색, 이산화탄소일 경우 방출되는 빛의 파장이 가시광선의 범위를 벗어나 적외선임으로 무색이다.2.1. 구성요소이득매질: 레이저의 기본이 되는 물질공진기: 주로 한쌍의 거울을 사용펌핑장치: 이득매질을 바닥상태에서 들뜬상태로 만들어주는 장치