Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 삼투압 현상은 진한곳에서 덜진한곳으로 가는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 삼투압 현상은 용액의 화학적 퍼텐셜 차이(쉽게 표현해서 농도차)에 원인이 있습니다. 용매 분자가 농도가 높은 용액에서 낮은 용액으로 이동하는 자연스러운 물리적 과정입니다. 이러한 현상은 반투막을 통해서만 발생하는데, 이 막은 용매는 통과시키지만 용질을 통과시키지 않습니다. 삼투압의 발생 원리는 용액의 화학적 퍼텐셜이 더 낮은 곳에서 더 높은 곳으로 용매가 이동하려는 자연의 경향에서 비롯됩니다. 용액의 농도가 높을 수록 용매의 화학적 퍼텐셜은 낮아지며, 이는 용매 분자의 자유도가 제한되기 때문입니다. 이 과정은 열역학적으로 설명할 때, 용매 분자의 확신이 농도 경사를 따라 일어나는 것으로, 용액의 화학적 퍼텐셜을 균일하게 만들려는 드라이빙 포스에 의해 지배됩니다. 즉, 용매 분자는 열역학적 평형 상태에 도달하기 위해 높은 화학적 퍼텐셜 영역으로 이동하려고 합니다. 이러한 이동은 물리적으로 농도가 덜 진한 용액으로 용매가 이동함으로써 농도를 균등하게 만들고자 하는 욕구에서 비롯됩니다.
Q. 이세상에서 마찰력이 없을경우에는 어떻게 되는가요?
안녕하세요. 마찰력이 없는 세계는 물리적 상호작용의 근본적인 변화를 가져오며, 이는 일상생활과 산업 활동에 광범위한 영향을 미칩니다. 먼저, 인간의 이동 방식에 변화가 발생하게 됩니다. 마찰력의 부재는 보행과 같은 기본적인 활동을 불가능하게 만들어, 미끄러지는 현상이 일상이 될 것입니다. 차량의 운전 역시 통제 불능 상태에 이르게 될 것이며, 타이어와 도로 사이의 접촉이 없기 때문에 제동이나 가속이 불가능해집니다. 또, 물체의 배치와 고정이 문제가 됩니다. 가구와 같은 물체들은 위치를 유지하지 못하고 계속해서 움직일 것입니다. 건축과 공학 분야에서도 마찰력은 구조물의 안정성 확보에 필수적인 요소이므로, 모든 구조물의 안전성이 크게 저하될 수 있습니다. 끝으로, 일상 사용품의 설계와 기능에 근본적인 재고가 필요하게 됩니다. 문을 여닫거나 서랍을 사용하는 행위조차 마찰력이 필요한데, 이런 기본적인 기능조차도 재설계가 필요하게 됩니다.
Q. 식물은 어떻게 주변 식물과 경쟁할까요?
안녕하세요. 식물 간의 경쟁은 그들의 생존과 번식을 위한 복잡한 전략이라고 볼 수 있습니다. 이러한 전략 중 하나는 알레로파시(allelopathy)가 있습니다. 이 화학물질은 주로 식물의 뿌리, 줄기, 잎, 사망한 식물체로부터 방출되며, 종종 경쟁 식물의 종자 발아나 성장을 직접적으로 저해합니다. 식물은 또한 뿌리 시스템을 통해 직접적으로 영양분과 물을 경쟁합니다. 뿌리의 길이와 분포를 조절하여 가능한 한 많은 자원을 효과적으로 흡수하려고 합니다. 빛에 대한 경쟁도 중요한 요소입니다. 식물은 더 높이 자라거나 잎을 넓게 펼처서 최대한 많은 빛을 포획하려고 하며, 이는 그들의 광합성 능력을 극대화하고, 동시에 주변 식물에게는 그림자를 드리워 빛을 차단합니다. 이러한 경쟁 메커니즘은 생태계 내에서 식물의 분포와 종 다양성에 영향을 미치며, 자연 선별 과정에서 중요한 역할을 합니다. 강력한 알레로파시 능력을 가진 식물은 동일 지역에서 다른 식물들보다 우세한 위치를 차지할 수 있으며, 이는 장기적으로 식물 군집의 구성과 생태계의 구조를 변화시킬 수 있습니다.
Q. 색채를 보게되는과정..햇빛과 물체와의
안녕하세요. 빛은 파동의 형태로 에너지를 전달합니다. 자연광인 햇빛은 다양한 파장의 빛을 포함하고 있으며, 이는 우리가 보는 색상의 스펙트럼을 형성합니다. 물체의 표면에 빛이 닿을 때, 물체는 특정 파장의 빛을 흡수하고 다른 파장은 반사합니다. 우리의 눈은 이 반사된 빛을 감지하게 되며, 이를 통해 물체의 색을 인지하게 됩니다. 눈의 망막에 있는 광수용체인 간상세포(콘 세포)와 막대세포(로드 세포)는 감지한 빛의 정보를 신경 신호로 변환하여 뇌로 전달합니다. 간상세포는 주로 밝은 빛에서 색을 구분하는 데 관여하며, 세 가지 유형이 존재하여 각각 빨강, 초록, 파랑의 빛을 감지합니다. 뇌는 이들 정보를 종합하여 우리가 인식하는 색상 이미지를 생성합니다. 빛의 조건, 주변 환경, 관찰자의 시각적 경험 등에 따라 동일한 물체도 다른 색으로 보일 수 있습니다. 예를 들어, 저녁 노을이 붉게 보이는 현상은 대기 중의 작은 입자들이 햇빛의 파란색과 녹색 파장을 흩어지게 하고, 더 긴 파장인 빨간색과 주황색 빛을 우리의 눈으로 직접 전달하기 때문입니다. 이는 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라는 현상으로, 대기가 햇빛을 필터링하면서 색상이 변화하는 과정입니다. 광학과 시각 인지에 관한 조금 더 심도있는 내용을 살펴보고 싶으시다면, Vision Science: Photons to Phenomenology와 같은 책을 추천드립니다.
Q. 철을 가공할 때 껍질처럼 벗겨지는 것은 뭔가요?
안녕하세요. 철을 가열하고 가공할 때 껍질처럼 벗겨지는 현상은 주로 표면에 형성된 산화철 때문입니다. 이러한 산화물은 철이 공기 중의 산소와 반응하여 형성되며, 주로 산화철(III) (Fe₂O₃)와 산화철(II) (FeO)로 구성됩니다. 이 과정은 특히 고온에서 철이 가열될 때 더욱 촉진되며, 산화철 층은 보통 철의 표면에서 더 두꺼워지고 경질화되어 결국 부서지기 쉬운 형태로 벗겨집니다. 이 산화층은 철의 순도나 구조에 영향을 줄 수 있기 때문에, 금속 가공 과정에서는 이를 제거하는 과정이 반드시 필요합니다. 단조나 압연 과정을 예로 들면, 높은 온도와 압력을 사용하여 이 산화층을 스케일(sclae)이라고 부르는 형태로 제거합니다. 스케일 제거는 금속의 표면을 깨끗하게 하여 최종 제품의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 철의 산화층 형성은 또한 금속의 부식 방지를 위한 중요한 자연적 과정으로 작용할 수 있습니다. 일부 경우에는 철이 의도적으로 산화되어 보호 코팅층을 형성하기도 합니다. 이러한 과정은 철을 더욱 내구성 있고 부식에 강하게 만드는 데 도움을 줄 수 있습니다.