Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 원심력이라고 해서 어떤 물체를 빙빙 원을 그리면서 돌릴때 발생하는 힘이잖아요. 이 원심력에도 한계가 있나요?
안녕하세요. 원심력은 원을 그리며 회전하는 물체가 가지는 관성의 힘으로, 물체가 회전 중심으로부터 밖으로 밀려나려는 경향을 나타냅니다. 이 힘은 실제로는 물체에 작용하는 힘이 아니라 관성의 결과로, 원운동을 하는 물체가 경험하는 원심력은 그 물체의 질량(m), 속도(v), 회전 반경(r)에 의해 결정됩니다. 원심력의 크기를 공식으로 표현하자면 : Fₚ = (m × v²) / r 여기서, Fₚ는 원심력, m은 질량, v는 속도, r은 회전 반경입니다. 원심력에 한계가 있는지에 대한 질문에 대해, 원심력 자체에는 이론적으로 한계가 없습니다. 속도(v)가 증가하면 원심력도 증가합니다. 하지만 실제로는 물체의 구조적 한계, 재료의 강도, 회전 반경 등 여러 요소에 의해 제한될 수 있습니다. 예를 들어, 물체가 너무 빠르게 회전하면, 구조적으로 견디지 못하고 분해될 수 있습니다. 또한, 회전을 지속하는 동안 추가적인 외부 에너지가 공급되지 않는 한, 마찰이나 공기 저항 등에 의해 점차 속도가 감소할 수도 있습니다. 결론적으로, 원심력의 크기는 이론적으로 무한대로 증가할 수 있지만, 실제적인 조건과 물체의 특성에 따라 그 한계가 결정됩니다. 따라서 회전하는 물체의 속도가 일정 수준 이상으로 증가하는 것은 현실적으로 불가능할 수 있으며, 실제 운동 조건을 고려해야 합니다.
Q. 부력 힘의 크기는 어떻게 되는 건가요?
안녕하세요. 아르키메데스의 원리에 따르면 유체 속에 전부 또는 부분적으로 잠긴 물체에 작용하는 부력의 크기는 물체가 밀어낸 유체의 무게와 동일합니다. 이를 수학적으로 표현하면, 부력 Fₚ는 다음과 같이 계산됩니다 : Fₚ = ρ × V × g 여기서, ρ (rho)는 유체의 밀도입니다(단위: kg/m³). V는 물체에 의해 밀려난 유체의 부피입니다(단위: m³). g는 중력 가속도입니다(단위: m/s²). 이 공식은 물체가 유체 속에서 경험하는 상향력의 크기를 나타냅니다. 예를 들어, 물 속에 완전히 잠긴 물체의 경우, 물체가 밀어낸 물의 부피를 통해 부력을 계산할 수 있습니다. 물의 밀도가 약 1000 kg/m³ 이고, 중력가속도가 9.81 m/s² 인 지구에서의 부력을 예로 들면, 물체가 1 m³의 물을 밀어냈다면 그 부력은 약 9810N이 됩니다.
Q. 물에 소금이나 설탕같은 물에녹는 물질은
안녕하세요. 물에 소금이나 설탕을 녹이면 용액의 총 질량은 물의 질량과 용질의 질량을 합한 것과 정확히 일치합니다. 이는 질량 보존의 법칙에 따른 것으로, 질량은 소멸되거나 새롭게 생성되지 않습니다. 부피의 경우, 이상적으로는 물과 용질의 부피가 단순히 합산되어 증가할 것으로 예상할 수 있으나, 실제로는 물 분자와 용질 분자 사이의 상호작용으로 인해 부피가 예상보다 적게 증가하거나, 때로는 감소하는 경우도 관찰됩니다. 이 현상은 용질 입자들이 물 분자 사이에 삽입되면서 물 분자들의 배열을 더 조밀하게 만들 수 있기 때문에 발생합니다. 이러한 효과를 부피 수축(volume contraction)이라고 합니다. 예컨데, 소금(나트륰 클로라이드)이나 설탕이 물에 녹는 경우, 용액의 부피는 물과 소금 또는 설탕의 부피를 단순히 더 한 것보다는 적을 수 있씁니다. 이는 물과 용질 사이의 분자적 상호작용에 의해 물 분자들이 보다 효율적으로 배열되기 때문입니다.
Q. 국립생물자원관에서 공기질개선 자생식물 15종을 발표했다고 하는데 어떤식물이 있나요?
안녕하세요. 국립생물자원관은 지난 2020년부터 자생식물 32종을 대상으로 실내공기질에 영향을 미치는 미세먼지(PM10), 초미세먼지(PM2.5), 총휘발성유기화합물(TVOCs)의 제거 효능에 대해 연구했습니다. 자생식물을 실험용 특수 밀폐 유리 안에 넣고, 미세먼지와 휘발성유기화합물을 주입한 후 시간별 오염물질의 농도변화를 측정했습니다. 아울러 미국 항공우주국(NASA)에서 공기 정화 식물로 인정한 스킨답서스(Scindapsus)와 비교해 효능 여부를 분석하였고, 분석 결과를 통해서 호랑가시나무, 세뿔석위, 큰봉의꼬리, 알록큰봉의꼬리, 반들대사초, 섬기린초, 후추, 산수국 등 8종이 미세먼지 제거에 효과적으로 발표했습니다. 또, 섬초롱꽃, 줄고사리, 미역고사리, 실고사리, 술패랭이꽃, 꿀풀, 하늘타리 등 7종은 TVOCs 제거에 효과적인 것을 확인했습니다.
Q. 수평방향으로 B 라는 쇠구슬을 던질때 등속직선운동 하는거 아닌가요?
안녕하세요. 수평 방향으로 발사된 쇠구슬 B는 등속직선운동을 하지 않습니다. B 쇠구슬은 수평 방향으로는 초기에 주어진 속도로 등속운동을 하지만, 동시에 중력의 영향을 받아 연직 방향으로는 자유 낙하 운동을 하게 됩니다. 이 때문에, B 쇠구슬의 전체 운동은 포물선 운동을 하게 되며, 이는 등속직선운동이 아닙니다. 문제에서 제시된 선택지 3번이 틀린 이유는, 비록 수평 방향으로는 속도가 일정하더라도, 연직 방향으로 속도가 변화하기 때문에 전체적인 운동 경로가 직선이 아니라 포물선을 그리게 되기 때문입니다. 등속직선운동은 모든 방향에 걸쳐 속도의 크기와 방향이 변하지 않을 때에만 해당합니다.