Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 볼록렌즈는 굴절의 법칙에서 어떤경로를 따른가요?
안녕하세요. 볼록렌즈는 굴절 렌즈의 일종으로, 빛이 렌즈에 진입할 때와 탈출할 때 두 차례 굴절을 경험하며, 이 과정은 스넬의 법칙(Snell`s Law)에 의해 정의됩니다. 이 법칙은 빛이 한 매질에서 다른 매질로 전환할 때 굴절률(refractive index)의 차이에 따라 빛의 경로가 변경된다고 설명합니다. 볼록 렌즈에 평행하게 진입하는 빛은 렌즈의 전면에서 처음 굴절됩니다. 렌즈의 물리적 형태와 굴절률이 빛의 진로를 렌즈의 광축(optical axis) 쪽으로 휘게 만듭니다. 이때, 렌즈의 굴절률이 공기보다 높기 때문에, 빛은 렌즈 중심을 향해 굴절됩니다. 빛이 렌즈 내부를 통과하는 동안, 렌즈의 물질과 두께가 빛의 속도와 경로에 영향을 미칩니다. 볼록 렌즈는 중심이 가장자리보다 두껍기 때문에, 빛은 중심을 향해 더욱 집중되어 굴절됩니다. 또, 렌즈의 후면에 빛이 도달하면 다시 한번 굴절하며 렌즈를 빠져나옵니다. 이 때 빛은 렌즈의 뒤쪽 초점점(focal point)으로 모이게 되며, 이 점은 렌즈의 초점 거리(focal length)에 의해 결정됩니다.
Q. 음속을 초과하는 속도로 움직이는 물체가 소닉붐을 일으키는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 물체가 음속에 도달하면, 공기 중의 소리 파동들은 물체 앞에서 서로 충돌하고 겹쳐집니다. 이로 인해 물체 앞에 압력이 급격히 증가합니다. 음속을 초과하는 순간, 이 압력파는 충격파로 전환되어 강력한 소리, 즉 소닉붐을 생성합니다. 이 충격파는 물체가 지나간 경로를 따라 급격한 압력 감소를 일으키며, 이는 폭발적인 소리로 들리게 됩니다. 고속으로 이동하는 물체에서 발생하는 소닉붐은 V자 형태의 패턴을 만듭니다. 이는 물체가 이동하는 방향으로부터 대기 중으로 에너지가 방출되는 모습을 나타냅니다. 또, 소닉붐의 강도는 물체의 속도, 크기, 형태에 따라 다양합니다. 또한, 물체와 관찰자의 상대적 위치에 따라 청감되는 소닉붐의 강도가 달라질 수 있습니다.
Q. 어류도 날개가 달린 생물로 진화할 수 있을까요?
안녕하세요. 실제로 어류 중에는 날치와 같이 이미 긴 지느러미를 사용하여 물 밖을 잠시 날아다니는 능력을 가진 종들이 존재합니다. 이러한 특성은 물 속에서 포식자로부터 도망치거나 먹이를 찾는 등의 생존 전략의 일환으로 볼 수 있습니다. 날치는 물 밖으로 도약하여 짧은 거리를 비행하듯 이동하며, 이는 날개와는 다른 형태의 지느러미를 사용하지만 비행하는 동작과 유사합니다. 진화론적 관점에서 보면, 어류가 날개를 가진 형태로 진화하는 것은 그들이 처한 환경적 압력과 자연 선택에 의해 결정될 것입니다. 예를 들어, 장기적으로 육지와 인접한 환경에서 생존과 번식에 유리한 변화가 필요하다면, 날개와 같은 구조의 진화는 가능할 수 있습니다. 그러나 이는 어류의 현재 생리학적 구조와 생활 방식을 크게 벗어난 변화이므로, 현재로서는 상상력의 영역에 더 가깝습니다.
Q. 빛이 매질에 따라서 속력이 늦어진다는 내용을 봤는데 맞는얘기인지요?
안녕하세요. 빛의 속도가 매질에 따라 변화하는 것은 사실입니다. 물리학에서 빛의 속도는 진공에서의 속도, 즉 약 299,792 km/s가 최대 속도이며 이것은 불변입니다. 하지만 빛이 다른 매질을 통과할 때는 속도가 감소합니다. 빛이 진공에서 다른 매질로 진입할 때, 그 매질의 굴절률(refractive index)에 의해 빛의 속도가 느려집니다. 굴절률은 매질이 빛을 얼마나 강하게 늦추는지를 나타내는 값이며, 이 값은 매질의 전기적 특성에 의해 결정됩니다. 물의 굴절률은 약 1.33이므로, 빛은 물 속에서 진공 속도의 약 75% 정도인 약 225,000 km/s의 속도로 이동합니다. 또한, 빛이 느려지면서 발생하는 대표적인 현상은 굴절(refraction)입니다. 이는 빛이 한 매질에서 다른 매질로 이동할 때 방향이 바뀌는 것을 말합니다. 이 굴절 현상은 빛의 속도가 변화하기 때문에 발생하며, 스넬의 법칙(Snell`s law)을 통해 설명할 수 있습니다. 우주 공간에서 빛의 속도는 진공 속도로 일정하지만, 암흑물질이나 중력 등의 영향으로 빛의 경로가 휘어질 수 있습니다. 이는 빛의 속도 자체가 변하는 것이 아니라, 빛이 이동하는 경로가 중력의 영향으로 구부러지기 때문입니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서는 중력이 공간-시간을 왜곡한다고 설명하며, 이 왜곡된 공간-시간을 따라 빛의 경로가 휘어집니다.
Q. 지구가 태양을 중심으로 도는 속도는 어느정도 인가요?
안녕하세요. 지구가 태양을 중심으로 공전하는 속도는 꽤 빠르며, 평균적으로 약 29.78 km/s 입니다. 이 속도는 지구가 태양 주위를 타원 궤도로 돌기 때문에 일년 중 시기에 따라 약간의 변동이 있습니다. 지구가 태양에 가장 가까운 지점인 근일점(perihelion)을 지날 때는 속도가 조금 더 빨라지고, 태양에서 가장 먼 지점인 원일점(aphelion)을 지날 때는 속도가 다소 느려집니다. 이러한 공전 속도는 지구가 태양 주위를 완전한 공전을 하는 데 대략 365.25일이 걸리는 것과 관련이 있습니다. 지구가 태양 주위를 도는 이 궤도의 길이는 대략 9억 4000만 km이며, 이 거리를 1년에 걸쳐 이동합니다. 이 공전 속도는 지구의 궤도가 태양에 의해 그리고 다른 행성들의 중력에 의해 약간씩 영향을 받으며 유지됩니다. 이처럼 빠른 속도로 태양을 돌고 있음에도 불구하고, 지구 상에서는 이러한 움직임을 직접적으로 느낄 수 없습니다. 이는 지구와 그 위의 모든 물체가 동일한 속도로 움직이기 때문에 상대적인 움직임이 없기 때문입니다.