안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
물리
Q. 심장근 피로도에 관해서 질문드립니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.심근(心筋, 영어: cardiac muscle, heart muscle, myocardium)은 심장에서만 볼 수 있는 근세포로 이루어진 조직이다. 심장근이라고도 한다. 가로무늬근을 가진 근원 섬유가 존재하는 것은 가로무늬근과 같지만 길이가 짧고, 양끝은 인접 세포와 연결되어 있다.심실 또는 심방의 근세포는 모두 서로 연결되어 그물 모양을 하고 있을 것이라고 추측된다. 연결부는 특수한 결합을 하고 있으며, 휘선(輝線) 또는 개재판(介在板), 사이원반 등으로 불린다. 핵은 세포 중심부에 1-2개 있다. 근원 섬유의 구조는 가로무늬근과 같으나 섬유의 함유량은 적다. 심근의 특징은 신경의 자극이 없어도 자동적으로 수축·이완을 반복한다는 데 있다. 그렇기 때문에 심장에 분포하는 모든 신경을 절단해도 심장의 수축 활동에는 아무런 지장이 없다. 단, 필요에 따라 템포를 빠르게 하거나 늦게 하는 조절은 안 된다.척추동물의 심장근은 내장근인데, 골격근과 같이 가로무늬를 지니고 있으며, 또 근섬유도 골격근과 같은 형태를 가지고 있다. 그러나 근섬유가 갈라져 서로 연결되고 있는 곳은 골격근과 다르다. 심장근은 골격근과 달리, 자극의 종류에 따라 강하거나 약하게 수축하지 못하고, 언제나 어떤 조건하에 있어서 최대의 수축을 한다. 또 수축하고 있을 때는, 다른 수축을 일으키는 자극이 와도 반응하지 않는다. 따라서 골격근에서 볼 수 있는 강직이 일어나지 않는다. 이것은 심장을 주기적으로 수축시켜 혈액을 동맥으로 보내기 위한 중요한 특성이라고 할 수 있다.[1]
기계공학
Q. k9자주포의 포탄을 개발하여 사거리가 50% 늘어난다고 합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.K9은 2000년대 전장이 요구하는 조건인 화력과 기동력, 생존성 등을 두루 갖추고 있다. 전투중량 47톤에 포신을 포함한 길이가 12m에 달한다. 최대 1,000마력의 힘은 우수한 주행 가속성, 용이한 방향 전환을 가능케 해준다. 일반적으로 사격 절차를 수동으로 진행하는 화포는 초탄 발사에 2∼11분의 시간이 소요되고 최대발사속도도 분당 4발 이상은 곤란하다. 화포 자동화를 이룬 K9는 초탄 발사가 30초 이내에 이뤄진다. 나아가 15초 동안 3발을 쏠 수 있는 '급속사격(burst fire)‘이 가능하여 최대 분당 6발을 발사하는 등 대량으로 화력을 투발할 수 있다. 이후 신속히 진지를 이동해 다음 사격을 준비하는 ‘사격 후 신속한 진지변환(shoot & scoot)’ 작전도 가능하다. 기동성과 함께 자동화된 사격통제장비, 자동화된 포탄이송장전장비를 갖추고 있는 덕분이다. 또 국내에서 개발한 고(高)강도강(鋼)으로 차체를 장갑화하여 적의 화기와 포탄 파편으로부터 전투요원을 보호할 수 있다.K9의 가장 큰 특징은 최대사거리가 40km라는 점이다. 구경 155mm, 52구경장으로 길이 8m에 달하는 포신이 쏘아대는 포탄이 무려 40km나 날아가는 것이다. 이때까지 사거리연장탄이라고 하면, 대체로 로켓 노즐을 갖추고 그 안에서 추진제를 태워 사거리를 늘리는 로켓보조추진탄(RAP, Rocket Asistance Propelled)을 일컬어왔다. 하지만 K9은 항력감소장치(BB, Base Bleed)를 부착한 탄, 즉 탄이 비행할 때 탄체 밑부분에 생기는 공기저항을 항력감소추진제 연소를 통해 감소시켜 비행거리를 증가시키는 항력감소 고폭탄(HEBB)탄을 개발한 덕분에 ‘최대사거리 40km’를 실현할 수 있었다. 현재 50km 이상 쏘아 보낼 수 있는 새로운 사거리연장탄이 개발되어 실용화가 기대되고 있다.
기계공학
Q. 손톱이나 머리카락은 왜 딱딱한가요? 어떻게해서 딱딱하게 만들어 지는지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.정의손가락 말단 부위에 붙어 있는 반투명의 단단한 케라틴 판입니다. 손과 발의 보호 기능뿐 아니라 촉감을 구분하는데 도움이 되며, 물건을 집는 것과 같은 손, 발의 기능 수행에 도움을 줍니다.위치각각 손가락의 끝에 위치합니다.구조손톱은 두께가 약 0.5mm으로 단단하고 투명한 직사각형 모양이면서 볼록한 곡면을 형성합니다. 성분은 케라틴이라는 단백질로 구성되며, 손톱의 뿌리 부분 아래에 손톱을 자라게 하고 생성시키는 모체세포가 있습니다. 특별한 장해가 없는 한 손톱은 계속 자라며, 영양 공급에 따라 표면의 형태가 달라질 수 있습니다. 일반적으로 건강한 손톱은 갈라짐이 없으며 분홍빛이 도는 매끈한 표면입니다. 손톱은 손가락의 피부와 밀착되어 각피와 연결돼 있습니다. 손톱이 푸른색으로 변하면 손가락 끝의 말초부위까지 산소 공급이 부족한 것을 알 수 있고, 손톱이 스펀지처럼 푹신해지는 경우 관절 문제를 의심해보아야 합니다. 기능손 끝을 보호하는 역할을 하며, 손가락에 힘을 더해주어 손가락을 사용하는데 도움을 줍니다. 특히 손톱을 이용하여 긁거나 손 끝으로 긁어내는 기능을 할 수 있으며, 물건을 집을 때 피부가 밀리는 것을 방지하여 쉽게 물건을 들어 올릴 수 있습니다. 손톱과 발톱은 미용적인 기능도 함께 수행합니다.
지구과학·천문우주
Q. 북극점도 빙하로 된 땅에 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.북극은 북반구에서 지구의 자전축과 지구 표면이 만나는 지점입니다. 남극은 남극 대륙 위에 위치하고 있지만, 북극은 북극해에 위치하고 있습니다. 그래서 연구기지를 세울 수 없습니다. 그리고 얼음을 걸어서 북극점까지 가야 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 물소리를 들으면 왜 시원함을 느낄까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.물소리를 들으면 상상하게 됩니다. 숲속 계곡물이나 강가 그리고 바닷가 인데요. 산속의 청량함을 느낄 수 있기에 물소리가 들리면 시원해 집니다.
생물·생명
Q. 사마귀에게 물리면 어떻게 해야 할까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.정말 운이 없게도 사마귀한테 길가다가물렸다고 해도그리 큰 걱정은 안해도 괜찮을 거 같습니다.사마귀한테 물리더라도모기처럼 가렵게 뭔가 일어난다거나큰 염증 같은 게 생길 가능성은 적거든요.무엇보다도 사마귀는 독이 없습니다.따라서 사마귀한테 물리면우선 물린 부위를 비눗물을 이용해서깨끗하게 닦아주는 게 가장 먼저 필요합니다.그리고 적당히 소독을 하여서2차 감염이 되지 않도록 해주시면별다른 큰 문제가 없을 것이라 판단됩니다.
물리
Q. 같은 힘으로 더 큰 힘을 발휘할 수 있는 도르래의 과학적인 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.바퀴에 끈이나 체인 등을 이용해 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 크기를 줄이는 장치로, 지렛대, 쐐기 등과 함께 힘의 전달기구로 쓰이는 도구다. 활차(滑車)라고도 한다.주로 고정도르래와 움직도르래로 나뉘며, 둘의 힘을 혼합한 복합 도르래도 있다. 각각의 도르래 모두 지렛대와 마찬가지로 물체를 움직이는데 필요한 전체 일의 크기는 변하지 않는다. 필요한 힘이 적어지는 대신 이동하는데 필요한 거리가 늘어나기 때문이다.1. 회전하는 바퀴 위의 한 지점의 운동방향은 바퀴의 접선 방향이므로, 도르래 바퀴 위에 로프를 걸치면 힘의 방향을 바꿀 수 있다.2. 한 물체가 여러개의 로프로 지탱되고 있으면 로프 하나가 지탱하는 무게는 물체 전체 무게를 로프 갯수로 나눈 것과 같다.3. 이것이 가능한 이유는 물체의 일(W;work)의 총량은 힘(F;Force) 곱하기 변위(S;Displacement)와 같기 때문이다.즉 같은 일을 적은 힘으로 할 수 있도록 하기 위해 줄과 바퀴를 통해 일을 하는 시간을 늘리는 것이다.
화학
Q. 열의 3대 전달방식인 대류, 전도, 복사에 대해 알려주세요.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.전도의 정의전도는 물체의 인접한 부분 사이의 온도 차이로 인해 물질을 통해 열을 직접 전달할 수있는 프로세스로 이해 될 수 있습니다. 물질에 존재하는 분자의 온도가 올라가면 진동이 발생합니다. 분자는 주위 분자와 충돌하여 진동을 일으키므로 물체의 이웃 부분으로 열 에너지가 전달됩니다.간단히 말해서, 두 물체가 서로 직접 접촉 할 때마다 전도에 의한 뜨거 운 물체에서 더 차가운 물체로 열이 전달됩니다. 또한 열을 쉽게 통과 할 수있는 물체를 도체라고 부릅니다.대류의 정의과학에서 대류는 물질의 실제 이동에 의한 열 전달의 형태를 의미하며 유체에서만 발생합니다. 유체는 분자가 액체와 기체와 같은 한 장소에서 다른 장소로 자유롭게 이동하는 물질을 의미합니다. 그것은 자연 스럽거나 심지어 강하게 일어납니다.중력은 자연 대류에서 중요한 역할을합니다. 그 물질이 아래에서 가열 될 때 더 뜨거운 부분이 팽창합니다. 부력으로 인해 뜨거워 진 물질은 밀도가 낮을수록 뜨거워지고 고온에서는 더 높은 물질이 바닥으로 가라 앉습니다. 고밀도로 인해 뜨거워 진 상태로 올라가고 과정은 계속됩니다. 대류에서 물질을 가열하면 분자가 분산되어 떨어져 움직입니다.대류가 강제적으로 수행 될 때, 물질은 펌프와 같은 물리적 수단에 의해 위로 움직여야합니다. 예 : 공기 난방 시스템.복사의 정의매체가 필요없는 열 전달 메커니즘을 방사선이라고합니다. 이것은 분자가 통과 할 필요가 없기 때문에 파동의 열의 움직임을 의미합니다. 물체는 열을 전달하기 위해 서로 직접 접촉 할 필요는 없습니다. 실제로 물건을 만지지 않고 열을 느낄 때마다, 그것은 방사선 때문입니다. 또한, 색상, 표면 방향 등은 방사선이 크게 좌우되는 표면 특성 중 일부입니다.이 과정에서 에너지는 복사 에너지 라 불리는 전자기파를 통해 전달됩니다. 고온의 물체는 일반적으로 더 시원한 환경에 열 에너지를 방출합니다. 복사 에너지는 진공 상태에서 소스에서 더 시원한 환경으로 이동할 수 있습니다. 방사선의 가장 좋은 예는 우리가 태양으로부터 얻는 태양 에너지입니다.
지구과학·천문우주
Q. 하늘에 오로라는 무엇때문에 생기는 현상인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양에서 방출된 대전입자(플라스마)의 일부가 지구 자기장에 이끌려 대기로 진입하면서 공기분자와 반응하여 빛을 내는 현상.오로라는 우주에서 지구로 유입되는 하전 입자들이 고층대기의 기체들과 충돌하여 빛을 내는 현상이다. 지구 자기력선을 따라 대기로 낙하하는 하전 입자들(주로 전자)이 대기 중 원자 혹은 분자들과 충돌하면 이들이 들뜬 상태가 되는데, 이렇게 들뜬 기체들이 원래의 바닥 상태로 돌아가면서 빛을 방출하게 되는 것이다. 남반구와 북반구의 고위도 지방에서 주로 나타나며 각각 남극광 또는 북극광이라 부르기도 한다. 오로라는 고도 100km부터 320km사이에서 주로 발생하며 자극을 중심으로 약 20° 떨어진 위도 대에 주로 분포한다. 태양 활동이 활발할 때는 남쪽으로 치우쳐 오로라가 분포한다. 오로라는 지구뿐만 아니라 목성, 토성, 천왕성, 해왕성에서도 흔히 관측된다.오로라는 태양에서 날아온 대전입자가 지구 자기장과 상호작용하여 극지방 상층 대기에서 일어나는 대규모 방전현상으로, 태양은 항상 양성자와 전자 등으로 이루어진 대전입자를 방출하고 있다. 태양으로부터 모든 방향으로 내뿜는 이런 플라스마의 흐름을 태양풍(solar wind)이라 하는데, 태양에서 지구에 도달하는 대부분의 태양풍은 지구의 자기장 밖으로 흩어진다. 오로라의 빛깔에는 황록색·붉은색·황색·오렌지색·푸른색·보라색·흰색 등이 있다. 저위도 지방에서 나타나는 붉은색 오로라는 산소에서 나오는 파장 6,300 Å의 빛에 의한 것인데, 고위도 지방의 호상 오로라의 최하한에 나타나는 붉은색은 질소에 의한 것이다.
화학
Q. 원자력발전소에 들어가는 원자력과 핵폭탄의 핵은 같은 성분인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.원자력발전과 핵폭탄의 차이일반 국민이 원전을 두려워하는 이유는 원자력발전과 핵폭탄의 차이를 모르는 데서 기인한 것이 대부분이다.원전과 핵폭탄은 모두 우라늄을 사용하며 우라늄은 235와 238이 있는데 그 중 우라늄235를 사용한다.그런데 자연에 존재하는 우라늄 원광 중 우라늄235의 비율은 1% 이하밖에 되지 않아 원자력발전에 사용하려면 최하 2% ~ 5%까지 농축을 해야 하고 핵폭탄이 되려면 최하 90%이상 농축이 되어야 하며 일반적으로 99%까지 농축을 한다.90% 이하의 농축으로는 우리가 그토록 우려하는 핵폭탄이 되지 못한다는 것이다, 하물려 5% 이하의 농축정도인 원전은 그 원리상 아무리 터져라 고사를 지내도 애초에 터질 수가 없는 것이다.후쿠시마 원전은 원자로가 터진 게 아니라 쓰나미로 인한 정전으로 발생된 수소가 배출이 되지 않아 폭발이 된 것이다.이 폭발로 인하여 방사선의 누출은 있었으나 방사선 피폭에 의한 직접적인 사망자나 암발생자는 한 명도 없었으며 모든 사망자는 쓰나미에 의한 것이거나 대피중 피로를 견디지 못한 고령자의 사망이었다.그 후 우리나라의 모든 원전은 이동형발전기를 구비하였으며 정전시에도 수소가 배출될 수 있는 피동형배출장치를 설치하여 가동 중에 있다.지진에 대한 우려도 많으나 후쿠시마 사고는 지진에 의한 격납건물의 손상은 없었으며 쓰나미에 의한 사고였다.우리나라 원전의 격납건물은 진도9의 지진에도 견딜 수 있도록 설계 및 건설이 되었으며 실제로 같은 규격으로 만든 벽에 초음속전투기를 충돌시키는 실험에서 거뜬히 견뎌내는 결과가 나왔다. 그리고 진도 9가 발생되면 이미 천지가 뒤덮히는 상황이 되어 살아남는 사람이 없을 정도인데 원전은 그 정도에도 부서지지 않으니 유사시 원전으로 대피를 하는 것이 오히려 살아남을 확률이 높다. 그러니 방사선 피폭으로 죽을 걱정일랑은 하지 않아도 된다.오히려 미세먼지, 질소산화물 등에 의한 암발생과 사망자 수가 많아지고 있으니 석탄발전과 LNG발전을 효과적으로 줄이는 것에 대한 걱정을 해야 한다.원자력발전은 미세먼지와 탄소배출이 없는 친환경 에너지원이므로 탄소중립에도 가장 적합하며 원자력발전 과정에서 저렴하게 발생되는 수소를 이용할 수 있으므로 수소경제에도 결정적인 도움이 된다.