안녕하세요. 김형윤 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 무지개는 어떤 원리로 뜨나요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.무지개는 태양이나 다른 광원으로부터 비가 내리는 때에 발생합니다. 비가 내려오면서 공기 중의 수증기가 물방울로 응축되면서, 공기 중의 빛이 물방울을 통과할 때 굴절, 반사, 파동 간섭 등의 현상이 발생합니다. 이러한 현상은 빛의 파장이 물방울 내부에서 굴절하면서 분해되는 스펙트럼 현상과, 반사되는 빛이 물방울 내부를 다시 빠져나올 때, 반사되는 각도에 따라 다른 색상으로 보이는 색산 현상이 결합하여 발생합니다.즉, 빛의 파장이 물방울 내부에서 굴절되면서 분해되고, 그 색상이 반사되어 나오면서 무지개의 다양한 색상이 나타나는 것입니다. 무지개의 색상은 일반적으로 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라 등으로 이루어져 있으며, 이러한 색상은 물방울의 크기와 모양, 빛의 파장 등에 따라 달라질 수 있습니다.
물리
Q. 군대에서 물만 부어서서 먹는 전투식량의 과학적인 원리가 알고싶어요.
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.물 넣어먹는 전투식량(MRE, Meal, Ready-to-Eat)은 각종 식재료를 적절한 온도와 압력으로 가열하고, 살균처리한 후, 증기 압력을 이용하여 식품을 밀봉한 뒤, 내부에 산소가 없도록 처리하는 방식으로 제조됩니다. 이러한 공정을 거치면서 식품의 보존 기간을 연장하고, 식품 내부의 물분자를 증기와 함께 제거함으로써, 식품을 말리는 효과를 가져옵니다. 따라서, 물을 추가하면, 이러한 말린 식품 내부의 물분자들이 다시 물과 함께 상호 작용하여, 식품이 부드러워지고, 더욱 맛있게 먹을 수 있는 것입니다. 또한, 식품 내부의 화학 반응이 발생하지 않도록, 물의 ph와 염도를 제어하여, 식품 내부의 환경을 안정화시키는 역할도 합니다.
화학
Q. 플루오린화 케톤은 어떤 성질, 특징이 있나요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.플루오린화 케톤(Fluorine-containing ketone)은 젖지 않는 특성을 가지고 있습니다. 이는 플루오린화 케톤 분자의 구조적 특징 때문입니다. 플루오린화 케톤 분자는 플루오린 원자와 카르보닐 기능기(-C=O)로 이루어져 있습니다. 플루오린 원자는 전자 음성도가 높아서, 카르보닐 기능기와 결합할 때, 강한 극성을 가지게 됩니다. 이러한 극성은 분자 간의 상호 작용을 줄이고, 표면장력을 낮추기 때문에 플루오린화 케톤 분자는 물 등의 극성 용액과 접촉하더라도 전혀 젖지 않는 것입니다. 이러한 성질을 "반수성"이라고 합니다.
화학
Q. 손을 닦을 때 비누를 비비면, 왜 거품이 나는 건가요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.비누를 사용하여 손을 씻을 때 거품이 생기는 것은 대부분의 경우, 비누 안에 포함된 화학 물질인 계면활성제(Surfactant) 때문입니다. 계면활성제는 일종의 화학 물질로, 수용액 안에서 유체의 표면장력을 낮추고 물 분자와 다른 물질 분자 간의 상호 작용을 촉진시킵니다.손을 씻을 때, 비누와 물이 함께 작용하면서, 계면활성제 분자는 물 분자와 함께 손의 표면에서 유체의 표면장력을 낮추면서 내부에서 분자 간의 상호 작용을 유도합니다. 이러한 상호 작용으로 인해 비누 분자의 극성이 물 분자의 극성과 상호 작용하면서, 비누 분자와 수용액 분자가 함께 거품을 생성하면서 손의 표면에서 오염물질과 같은 물질을 제거해 나가게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양의 수명은 어느정도 되나요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.태양의 수명은 대략 100억 년 정도입니다. 현재 태양은 약 46억년의 시간이 지난 상태이며, 이후 약 50억 년 후에는 수소 연료가 모두 소진되어, 적색 초거성(Red giant)으로 진화하게 됩니다. 이후 약 5억 년 후에는 헬륨 연소가 마감되며, 제한된 길이의 시간 동안 적색 거성(Red supergiant)으로 진화하며, 마지막으로 행성 상태로 끝나게 됩니다.
토목공학
Q. 사람이 꼭 잠을 자야하는 이유는 뭔가요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.사람이 꼭 잠을 자야 하는 이유는 여러 가지가 있습니다.1. 체력 회복: 잠을 자면 신체의 대사 활동이 감소하면서 체력을 회복할 수 있습니다.2. 면역력 강화: 잠을 충분히 자면 면역력이 강화됩니다. 면역력이 강화되면 감염병에 걸리는 위험이 낮아집니다.3. 뇌 기능 개선: 잠을 자면 뇌에서 기억력, 학습능력, 창의력 등의 뇌 기능이 개선됩니다.4. 정신 건강 유지: 잠을 충분히 자면 스트레스나 우울증 등의 정신 건강 문제를 예방할 수 있습니다.5. 호르몬 분비 조절: 잠을 자면 호르몬 분비가 조절되어 성장 호르몬, 인슐린, 에너지 대사 호르몬 등이 분비됩니다.따라서 충분한 수면은 우리 건강에 매우 중요합니다.
생물·생명
Q. 벌새가 정지비행하는 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.벌새가 정지 비행하는 원리는 바로 고정익 원리(Fixed-wing principle)입니다. 벌새는 날개를 움직여 공기를 압축하고, 날개를 펴면 공기가 팽창하면서 벌새를 위로 끌어올리는 힘을 만듭니다. 이를 위해서는 벌새가 날개를 움직이는 속도와 각도를 조절해야 합니다.벌새의 날개는 여러 개의 섬유로 이루어져 있으며, 이 섬유들은 근육에 의해 움직입니다. 벌새는 날개를 빠르게 움직여 공기를 압축하고, 다시 느리게 움직여 압력이 낮은 곳으로 이동한 공기를 따라 내려가는 움직임을 반복합니다. 이러한 움직임으로 벌새는 공기의 유동성과 압력 차이를 이용하여 날개를 휘감는 것과 같은 원리로 비행을 유지하고, 정지 비행을 할 수 있게 됩니다.
전기·전자
Q. 전기 송전에 사용하는데 왜 구리와 알루미늄이 사용되나요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.전기 송전에 구리와 알루미늄을 사용하는 이유는 다음과 같습니다.1. 전도성이 높음: 구리와 알루미늄은 전기 전도성이 높아 전기를 효율적으로 운반할 수 있습니다.2. 경량화: 알루미늄은 구리보다 경량화되어 있어 중량이 가벼우며, 전선을 가볍고 간편하게 처리할 수 있습니다.3. 내식성이 좋음: 구리와 알루미늄은 내식성이 좋아 부식에 강합니다.4. 경제성: 구리와 알루미늄은 상대적으로 저렴한 원가로 구입할 수 있어 경제적입니다.5. 환경친화적: 구리와 알루미늄은 재활용이 가능하며, 자원 보존 및 친환경적인 재료로 평가받습니다.이러한 이유로 구리와 알루미늄은 전기 송전에서 널리 사용되고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 어제저녁 달을쳐다보았는데주황색이였어요
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.달이 주황색으로 보이는 원리는 대기광학 현상입니다. 지구의 대기광학 현상으로 인해 달의 빛이 붉은, 주황색 또는 황색으로 보일 수 있습니다. 이는 태양빛이 지구의 대기를 통과할 때, 파장이 길고 적색 계열의 빛이 다른 색보다 덜 흡수되어 지구의 그늘진 부분으로 향하는 빛 중 적색 계열의 빛이 더 많아져서 발생합니다. 이때 지구의 그늘진 부분으로 향하는 빛 중에서는 파장이 짧은 파란색 계열의 빛이 더 많이 흡수되어 주황색, 황색 또는 붉은색으로 보이게 됩니다.
화학
Q. 침은 입안에 어느곳에서 분비가 되는건가요?
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.침은 입 안의 침샘에서 분비됩니다. 침샘은 입 안의 입술, 혀, 뺨, 하악, 상악 등 여러 곳에 존재합니다. 침샘은 수분과 소금, 효소 등을 함유한 침을 만들어 내며, 침은 음식을 삼키는 데 도움을 주는 역할을 합니다. 또한 침은 입 안을 살균하는 데에도 중요한 역할을 합니다.