Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 산소 농도가 높으면 생기는 현상 중 뭐가 맞는 건지 알려주세요.
안녕하세요. 산소 농도가 증가할 경우 식물의 생장에 미치는 영향은 산소의 증가 정도와 환경적 요인에 따라 다르게 나타납니다. 일정 수준의 산소 농도 증가는 세포 호흡(cellular respiration)을 활성화하여 대사 작용을 촉진하고, 성장 속도를 증가시킬 가능성이 있습니다. 실제로 고대 지구(고산소 환경, 약 3억 년 전)의 화석 기록을 보면, 당시 식물과 곤충의 크기가 지금보다 훨씬 컸던 것이 관찰되었습니다. 이는 산소 공급 증가가 생명 활동에 긍정적인 영향을 줄 수 있음을 시사합니다. 그러나 산소 농도가 과도하게 증가하면, 광합성이 저해될 가능성이 큽니다. 이는 루비스코(RuBisCO)라는 효소의 특성과 관련이 있습니다. 루비스코는 원래 이산화탄소(CO₂)를 고정하여 유기물을 합성하는 역할을 하지만, 산소(O₂) 농도가 높아지면 광호흡(photorespiration) 과정이 활성화됩니다. 광호흡은 탄소를 고정하는 대신 산소를 소비하면서 에너지를 낭비하는 과정이므로, 결과적으로 광합성 효율이 저하되고, 식물의 생장이 둔화될 수 있습니다. 또한, 산소 농도가 증가하면 질소 고정(nitrogen fixation) 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 질소는 식물의 성장에 필수적인 원소이며, 일부 박테리아가 대기 중 질소(N₂)를 암모니아(NH₃) 형태로 변환하여 식물이 이용할 수 있도록 합니다. 하지만, 높은 산소 농도는 이러한 질소 고정 박테리아의 활성을 억제할 수 있으며, 결과적으로 식물이 질소를 충분히 흡수하지 못해 생장에 제한을 받을 수 있습니다. 결론적으로, 산소 농도가 적절히 증가하면 식물의 성장 속도가 증가할 수 있지만, 과도하게 증가하면 광합성 저하, 광호흡 저하, 광호흡 증가, 질소 대사 방해 등의 이유로 생장이 저해될 수 있습니다. 따라서 산소 농도가 높아지면 '식물이 더 커진다'는 주장과 '광합성이 저해되어 성장하지 못한다'는 주장은 모두 부분적으로 타당하며, 산소 농도의 증가 정도와 환경적 조건에 따라 서로 다른 결과가 나타날 수 있습니다.
Q. 밀폐형 버너 팝핑현상 도와주세요 고수님들
안녕하세요. 밀폐형 버너에서 발생하는 팝핑 현상(Popping)은 연소 혼합비의 불균형, 가스압 조절 문제, 공기 공급 상태 이상 등의 원인으로 발생합니다. 공기량이 적을 때, 연소 혼합비에서 산소 공급이 부족하여 불완전 연소가 유발되며, 이로 인해 연소실 내부에 가연성 혼합물이 축절될 가능성이 커집니다. 이러한 상황에서 점화가 이루어질 경우, 순간적인 폭발 연소가 발생하여 팝핑 현상이 더욱 심화될 수 있습니다. 반면, 공기량이 과도하게 많을 경우 불꽃이 연소실 내부에서 벗어나거나 소염될 가능성이 높아지지만, 일반적으로 팝핑 현상의 빈도는 감소합니다. 따라서 공기량이 부족할 때 팝핑 현상이 더욱 쉽게 발생합니다. 가스압이 높을 경우 연료 공급이 과다해지면서 순간적으로 연소실 내부의 연소 속도를 제어하기 어려워져 팝핑이 발생할 가능성이 커집니다. 특히, 높은 가스압에서 점화할 경우 연소실 내부의 압력 차이가 커져 급격한 연소 반응이 일어날 수 있습니다. 반대로, 가스압이 너무 낮으면 안정적인 연소가 어렵고 불완전 연소로 인해 가연성 혼합물이 남게 되어 점화 시 팝핑이 발생할 가능성이 있습니다. 그러나 일반적으로 가스압이 높을 때 팝핑 현상이 더욱 빈번하게 발생합니다. 결과적으로, 팝핑 현상은 공기량이 부족하거나 가스압이 과도하게 높을 때 더욱 쉽게 발생합니다. 연소 조건을 조정할 때는 적절한 공기와 연료 비율을 유지하는 것이 중요하며, 실험적으로 최적의 혼합비를 조정하는 것이 필수적입니다. 이와 관련된 내용을 심도 있게 접근하고 싶으시다면, Glassman, I., Yetter, R. A., & Glumac, N. G. (2014). Combustion. Academic Press. 또는 Turns, S. R. (2011). An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. McGraw-Hill Education. 과 같은 논문을 추천드립니다.
Q. 유리의 모양을 만들때 몇도까지 올리나요?
안녕하세요. 유리는 가열 온도에 따라 점성이 변화하며, 이를 활용하여 다양한 공예 및 산업적 가공이 이루어집니다. 유리의 가공 온도는 그 연화점(softening point), 가소성 온도(plastic range), 완전 용융점(fusion point) 등에 따라 구분되며, 일반적으로 600 ~ 1700 °C 범위에서 조절됩니다. 유리는 약 600 ~ 800 °C에서 연화되기 시작하며, 이때부터 점성이 증가하여 성형이 가능해집니다. 900 ~ 1200 °C에서는 유리가 보다 유동성을 띠며, 유리 불기(glassblowing)나 램프워크(lampworking) 등의 작업이 이루어집니다. 완전한 용융 상태에 도달하는 온도는 1400 ~ 1700 °C로, 이 단계에서는 유리가 액체 상태로 변하여 주조(casting) 및 대규모 성형이 가능합니다. 가공 후 유리는 500 ~ 600 °C에서 서서히 냉각하는 소성(annealing) 과정을 거쳐 내부 응력을 제거하며, 이 과정이 제대로 이루어지지 않으면 유리가 깨지기 쉬운 상태가 됩니다. 결론적으로, 유리 가공 온도는 그 성형 방식에 따라 다르며, 600 ~ 1700 °C 범위에서 연화, 성형, 용융 과정이 이루어집니다. 유리를 빨갛게 가열하는 장면은 대개 1000 °C 이상에서 점성이 증가한 상태로 가공되고 있음을 의미합니다. 이와 같은 내용을 심도 있게 접근하고 싶으시다면 Zanotto, E. D. (2010). Glass Crystallization Research - A 36-Year Retrospective. Jounal of Non-Crystalline Solids, 356(44-49), 2848-2865. 또는 Bange, P. G. (2008). Glassblowing Techniques and Applications. Glass Technology, 49(2), 45-56. 과 같은 논문을 추천드립니다.
Q. 인간의 뼈의 강직도는 어느정도인가요?
안녕하세요. 인간의 뼈는 생체 조직 중에서도 높은 강직도(stiffness)와 강도를 가지며, 기계적 특성이 정밀하게 조절된 복합 구조를 이룹니다. 뼈의 기계적 특성은 주로 강도(compressive strength), 인장 강도(tensil strength), 전단 강도(shear strength), 탄성 계수(elastic modulus ; young`s modulus) 등을 통해 정량적으로 평가가 가능합니다. 인간의 뼈는 탄성 계수가 약 17 ~ 20 GPa로, 이는 알루미늄(약 69GPa)보다는 낮지만, 일반적인 플라스틱이나 연질 생체 조직보다 훨씬 높은 값입니다. 또한, 압축 강도는 약 170 ~ 200 MPa로 대리석과 유사한 수준이며, 인장 강도는 약 100 ~ 150 MPa로서 강철(steel)의 약 1/10 수준에 해당됩니다. 그러나, 질량 대비 강도는 매우 우수합니다. 뼈의 내부 구조는 하버시안 시스템(haversian system)과 다공성(trabecular structure)의 조합을 통해 충격과 하중을 효과적으로 분산할 수 있도록 최적화되어 있습니다. 특히, 긴 뼈(long bones)는 하중이 주로 작용하는 방향으로 최적화된 콜라겐 섬유(collagen fibers)와 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite ; Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)의 배열을 통해 높은 강성을 유지합니다. 뼈의 강직도와 강도는 연령, 골밀도(bone mineral density ; BMD), 미세구조, 특정 부위에 따라 차이가 존재합니다. 예컨데, 대퇴골(femur)과 척추(vertebrae)는 상대적으로 강한 압축 하중을 견딜 수 있도록 최적화되어 있으며, 이는골다공증(osteoporosis) 등의 질환에 의해 감소할 수 있습니다. 결론적으로, 인간의 뼈는 생체 조직 중에서 가장 강성이 높은 구조물 중 하나이며, 압축 강도와 탄성 계수가 우수하여 체중 지탱과 운동 기능을 수행하는데 최적화된 물리적 특성을 갖습니다. 이에 대해 더 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Currey, J. D. (2002). Bone: Structure and Mechanics. Princeton University Press. 또는 Rho, J. Y., Kuhn-Spearing, L., & Zioupos, P. (1998). Mechanical properties and the hierarchical structure of bone. Medical Engineering & Physics, 20(2), 92-102. 와 같은 논문을 추천드립니다.
Q. 동물 새끼들도 자신들이 가족이라는 걸 인식하나요?
안녕하세요. 동물들도 어느 정도 가족 관계를 인식하는 것으로 보이며, 이는 후각, 청각, 시각적 신호를 통해 이루어지는 사회적 유대(social bonding)와 관련이 있습니다. 개나 고양이와 같은 포유류 새끼들은 어릴 때 어미와 형제자매들과 함께 성장하며, 주로 후각을 통해 서로를 인식합니다. 포유류의 경우, 출생 후 몇 주 동안 어미와 함께 자라면서 서로의 체취를 익히게 되고, 이러한 경험을 통해 같은 어미에게서 태어난 형제 자매를 구별할 수 있습니다. 강아지와 고양이는 어릴 때 같은 둥지에서 자란 형제자매를 성체가 된 이후에도 친숙한 개체로 인식하는 경향이 강합니다. 그러나 일정 시간이 지나 각자가 독립적으로 생활하면 형제자매로서의 유대감이 약해질 수 있습니다. 특히, 늑대, 사자, 코끼리, 침팬지 등과 같은 사회적 동물은 가족 간의 유대가 더욱 강하게 형성됩니다. 예컨데, 코끼리는 같은 가족 구성원을 수십 년 동안 인식하며, 침팬지는 혈연관계를 바탕으로 사회적 동맹을 형성하는 모습을 보입니다. 반면, 많은 육식 동물이나 일부 설치류는 성체가 된 후 경쟁 관계가 되면서 형제자매를 공격할 수도 있습니다. 결론적으로, 동물들은 성장 과정에서 형제 자매들과의 사회적 경험을 통해 서로를 인식할 수 있으며, 후각과 시각적 단서를 통해 가족임을 구별하는 경우가 많습니다.