안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 부력을 표현할 수 있는 공식이 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.부력이란 어떤 물체가 유체속에 잠겼을 때 위로 뜨려는 방향으로 받는 힘을 말한다.어찌보면 중력과는 반대되는 개념으로,우리가 유체 속에 잠기면 아래로 가라앉으려는 중력이 작용하고유체 위로 뜨려는 부력이 작용한다고 볼 수 있다.부력은 우리가 유체속에 얼마나 많은 부피만큼 담겨있느냐에 따라 비례해서 커지는데다른 말로 하면 우리가 유체속에 잠기면서 얼마나 많은 부피의 유체를 밀어내느냐에 따라 비례한다.또한 유체의 밀도가 얼마나 큰 지에 따라서도 부력의 크기가 달라진다.밀도가 큰 유체에 잠길수록 부력은 더 크고밀도가 작은 유체에 잠길수록 부력은 더 작다.이제 이를 식으로 표현하면 다음과 같다. 여기서 식을 조금만 더 변형해보면 부력에 대해 한 발짝 더 이해할 수 있는데밀도는 결국 질량/부피 이므로 이를 위 식에 대입하면 즉, 부력이란 내가 유체속에 잠기면서 얼마나 많은 무게의 유체를 밀어냈는가에 따라 결정되는 힘이라고 할 수 있다.따라서 더 무거운 유체에 잠길수록 부력의 힘은 더 커지고더 가벼운 유체에 잠길수록 부력의 힘은 작아진다.실제로 우리가 현재 공기라는 유체 속에 잠겨있을 때보다물이라는 유체속에 잠길 때가 받는 부력이 더 큰데물의 밀도가 공기의 밀도보다 약 1000배 가량 큰 것을 생각해보면물에 잠겼을 때의 부력이 공기에 잠겼을 때의 부력보다 1000배만큼 더 크다는 것을 알 수 있다. 자, 그렇다면 부력에 대한 간략한 이해를 마쳤고 이제 부력의 공식이 왜 저렇게 되는지 유도해보자.그 과정을 유도함에 있어서 우리에게 친숙한 유체인 물을 가지고 설명하겠다.익히 알고 있듯이 우리가 물 속에 잠길 때마다 우리가 받는 압력이 더 커진다는 것을 알고 있다.우리가 산을 올라가지 않는다면 일반적인 땅에서 우리는 1기압만큼의 압력을 받고 있는데만약 우리가 바다속으로 내려간다면 우리가 받는 압력은 1기압에서 점점 더 커지게 된다.그래서 잠수를 할 때도 너무 깊은 곳까지 가면 안 되는 이유가깊은 곳으로 갈수록 압력의 크기는 커지기 때문에너무 깊이 들어가게 되면 인간이 버틸 수 있는 압력을 넘어서기 때문에 생명에 큰 위험이 생기기 때문이다.실제로 잠수함을 만들 때에도 수중 깊은 곳에서의 큰 압력을 버티기 위해튼튼한 구조로 설계되어야만 한다.참고로 말하면 약 물속에서 약 10미터를 내려갈 때마다 압력은 1기압씩 높아진다.즉, 물속 30미터 깊이에 들어가게 되면 공기의 1기압 + 물의 3기압을 받아 총 4기압을 받게 되는 것이다.
Q. 핸드폰 무선 충전기는 어떻게 접촉 없이도 충전되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.무선 충전기는 어떻게 만들어질까요? 무선 충전기 기술은 크게 3가지로 소개됩니다. 첫째는 ‘무선 충전 전자기 유도방식’으로 가장 널리 쓰이고 있는 원리 기술이죠. 1차 코일과 2차코일 사이에서 일어나는 자기유도 현상으로 무선 충전을 하는 것입니다. 대부분의 스마트폰에 탑재된 기술로 전파 수신거리가 짧지만 고속 충전이 가능해 가장 많이 사용되고 있습니다. YTN 사이언스에서 한 실험을 진행했습니다. YTN 사이언스 실험팀은 무선 충전기와 충전할 기기를 분해해보았습니다. 손바닥만 한 무선 충전기를 조심스럽게 분해해보니 무선 충전기 내부에는 칩 하나를 발견할 수 있었습니다. 무선 충전기 내부에 삽입된 칩이 전원을 받아 교류로 전류를 변환합니다. 그 후 특정 전압‧전류로 충전 가능 여부를 결정하죠. 무선으로 에너지를 전달하기 위해 자기장을 이용하는데요. 회로가 교류로 진동하면서 자기장이 발생하는 것입니다. 또한 충전할 기기 속에는 자기장을 수신할 수 있는 부품이 들어있었습니다. 내부에는 충전 패드의 송신 코일과 가습기의 수신 코일이 닿아서 충전이 가능한 것이죠. 수신 코일은 자기장을 받는 장치의 전류를 받아들이고 이를 교류 전류로 변환한 후 정류합니다. 양쪽에 코일이 있어 전자기유도현상이 일어나 무선 충전이 가능한 것입니다. 생각보다 간단하고 편리한 기술이라고 생각할지 모르지만 우리가 모바일 기기 등으로 일상생활에서 사용하기 위해 작고 안전하게 만들려면 상당한 기술이 필요하다고 합니다.
Q. 제주의 주상절리는 어떻게 생겨난 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.주상절리(柱狀節理, columnar joint)는 암석에 발달하는 절리 중에서, 일련의 절리면이 교차하면서 암석이 기둥 모양으로 구분되어 있는 것 혹은 그러한 구조를 만든 절리면을 말한다. 암석이 결과적으로 다각형 기둥 모양이 열주하여 있게 보여 이러한 이름이 붙었다.이론상으로는 벌집처럼 원형으로 수축하면서 깔끔한 6각기둥 모양으로 되지만, 실제로는 3~7각형의 다양한 기둥들이 만들어진다. 기둥의 직경은 작게는 수 센티미터 크기밖에 안되지만 크면 미터 단위이기도 하다. 기둥의 높이 역시 수 미터에서 백 미터 규모까지 다양하게 나타난다.주상절리가 만들어지는 이유는 급격한 온도 변화에 의하여 마그마의 외부 표면이 급속도로 식어서 굳으면 내부의 마그마는 외부의 굳어진 벽을 뚫지 못하고 그대로 굳어지면서 수축하고, 이 때 상하 방향은 중력 때문에 길이를 유지하지만 좌우 방향은 잡아 줄 힘이 없어 수축하면서 갈라지기 때문이다.
Q. 한라산도 다시 화산이 폭발할 수 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.한때는 휴화산이라고들 많이 했다. 심지어 초등학교 과학시간에도 자연재해 이야기하다보면 선생님들이 한라산은 죽어 있어요 하면서 사화산이라곤 했다. 사화산이란 주장은 1995년이면 끝나고 휴화산으로 가르친다. 역사 시대 활동의 흔적이 있고 화산지형 등이 고스란히 남아 도저히 사화산이라고는 볼 수 없으니, 과거 후지산처럼 휴화산이라고 본 것이다.2014년부터 이곳을 활화산으로 재분류했다. 그리고 더 나아가 양산단층 및 신갈단층 등 그동안 신경 안 쓴 곳들도 다시 뜯어봐서, 하천에 의한 침식지형이 아니라 거대 단층대임을 학자들이 밝혀내기도 했다. 즉 엄연한 활화산으로 지하에 마그마 방이 있다. 수틀리면 언제든 분화할 수 있다는 말이다. 그래서 국제기구에서 이 화산을 24시간 감시하고 있다. 애당초 불과 1000여 년 전 역사시대인 고려 목종 7년에 탐라 해상에서 화산분출이 발생해서 태학박사 안건지를 파견해서 살펴보도록 했다는 기록이 남아있다.물론 백두산[18]의 폭발보단 덜 민감한 떡밥[19]이긴 하다. 백두산처럼 흔히 화산하면 생각하는 우당탕하고 터지는 그런 화산이 아니라 조용히 용암만 흐르는 화산이라 어떻게든 막고 바다로 도망치면 그만이기 때문이다.[20] 대신 제주국제공항은 어쨌든 결항 크리가 나고 제주도에 온 관광객들이 갇힐 것이라는 게 문제라면 문제다. 지진을 동반할 확률 역시 낮다.[21][22]결국 한라산 폭발은 백두산이나 추가령 구조곡 내 휴화산들보단 위력이 약하다. 대신 위 항목에 서술된 것처럼 분화 자체의 위력보다는 분화의 위치를 예측하는 것이 더 큰 문제가 될 것이다. 상기했듯 제주도 자체가 거대한 화산 지형이며, 오름의 분포를 봤을 때 어디서든 용암 분출이 일어날 수 있다. 즉 백록담이라고 딱 폭발 위치를 집어서 말할 수는 없다. 한라산은 한국 영토에 있기 때문에 분출 떡밥이 더 관심을 얻지만 사실 위험하기로는 현역 초대형 활화산이면서 한국과도 꽤 가까운 위치인 일본의 아소산이 훨씬 위험하다.
Q. 탈모 치료제 개발은 전세계적으로 얼마나 큰 성과일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.탈모인으로써 얼마나 행복한 소리인지~ 아직까지는 완치나 머리가 다시 풍성해지는 치료제가 없네요~탈모까지 완치되는 치료제가 나오면 혁명이조~