Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 시속이 150~200 사이인 기차에서 기차 바로 아래에 물(강 또는 바다)가 있다고 가정할 시 사람이 뛰어내리면 생존 할 가능성이 있을까요?
안녕하세요. 시속 150~200km 범위에서 움직이는 기차에서 물로 뛰어내리는 행위는 극도로 위험하며 생존 가능성은 매우 낮습니다. 이 속도에서 물에 뛰어들 경우, 물의 표면이 콘크리트와 유사하게 느껴질 수 있기 때문에, 충격은 치명적일 수 있습니다. 이런 속도로 물에 충돌하면, 물의 표면이 충격을 흡수하기보다는 반발력을 주어 심각한 외상을 입힐 수 있습니다. 또한, 고속으로 물에 충돌할 때 물의 저항력은 매우 큽니다. 이는 물이 압축성이 낮기 때문에, 빠른 속도로 물에 뛰어들면 충돌 시 콘크리트에 떨어지는 것과 유사한 충격을 경험할 수 있습니다. 생존 가능성을 높이려면, 가능한 가장 수직으로 물에 들어가 발 또는 다이빙 자세로 물에 접촉하는 것이 좋습니다. 손과 발을 모아 포인트를 작게 만들어 충격을 최소화하는 것이 중요합니다. 그러나 이러한 조치도 고속에서는 심각한 부상을 방지하기에 충분하지 않을 수 있습니다.
Q. 자연생태계에서 반드시 필요한 동물을 굳이 꼽자면 어떤 것들이 있나요?
안녕하세요. 자연 생태계에서 절대적으로 필수적인 동물들을 고려할 때, 각자가 담당하고 있는 생태적 역할로 구분해서 필요한 동물을 설명 드릴 수 있습니다. 생태계에서 중요한 역할을 하는 동물의 역할은 수분 매개자(Pollinators, 또는 화분매개자), 포식자(Predators), 분해자(Decomposers), 생태계 엔지니어(Ecosystem engineers)가 있습니다. 수분매개자는 주로 꿀벌, 나비, 일부 조류 및 박쥐 등으로 식물의 수분을 도와주는 중요한 역할을 하고 있습니다. 이들은 식물의 번식 과정에서 필수적이며, 식물이 씨앗을 생산하고 다양한 생물들에게 식량을 제공하는데 결정적인 역할을 합니다. 연구에 따르면, 수분 매개자 없이는 많은 식물이 번식할 수 없으며 이는 생태계의 건강과 생물 다양성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 포식자는 주로 늑대, 독수리, 상어 등의 상위 포식자들로 생태계에서 개체 수를 조절하는데 중요한 역할이 있습니다. 그밖에 분해자라 불리는 곰팡이, 박테리아 등의 미생물은 생태계에서 유기물을 분해하고 영양소를 순환시키는 역할을 합니다. 이들은 죽은 유기체를 분해하여 그 구성 요소를 다시 생태계에 반환함으로써 영양 순환을 가능하게 하고, 토양의 비옥도를 유지하는 데 필수적입니다. 생태계 엔지니어 들은 비버와 같은 동물들입니다. 그들의 생활 방식으로 인해 물리적 환경을 변화시키며, 이로 인해 다른 많은 생물들이 새로운 서식지에서 생존할 수 있는 기회를 갖습니다. 비버가 만든 댐은 수자원을 조절하고, 습지를 형성하여 수많은 생물종에게 필요한 생태계를 제공하기도 합니다.
Q. 60~70 bar 정도의 압력은 어느 정도인가요?
안녕하세요. 압력 단위인 바(bar)는 대기압을 기준으로 측정되며, 1바는 대략적으로 지구 해수면에서의 평균 대기압과 같습니다. 따라서 60~70바는 매우 높은 압력 수준을 나타냅니다. 이 정도 압력은 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 수준이 아닙니다. 예를 들어, 스쿠버 다이빙 탱크의 압력은 대략 200바 를 견딜 수 있습니다. 70바는 자동차 타이어 압력의 약 20~35배 입니다. 산업적 환경에서는 이런 높은 압력이 더 흔하게 사용됩니다. 유압 시스템, 고압 세척기, 고압 반응기 등과 같은 곳은 60~70바의 압력이 필요할 수 있습니다. 이런 장비들은 특히 강한 압력을 견딜 수 있도록 설계되어 있으며, 사용시 안전을 위해 특별한 주의가 요구됩니다.
Q. 자석이 달라붙는 힘이 생긴 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 자석이 달라붙는 힘, 자기력은 자석의 내부 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 이 현상은 중력과는 별개의 원리로 작동하며, 주로 자석을 구성하는 물질의 원자 구조에서 찾아볼 수 있습니다. 자석의 핵심은 자기 도메인(magnetic domanis)입니다. 자석을 이루는 재료, 철, 니켈, 코발트와 같은 강자성 물질은 작은 영역인 자기 도메인으로 나뉘어 있습니다. 각 도메인 내의 원자들은 전자의 스핀이 정렬되어 있어 강한 자기 모멘트를 가집니다. 일반적인 상황에서 이 도메인들은 무작위 방향으로 정렬되어 있어 서로의 자기 효과를 상쇄하지만, 자석화 과정을 거치면 이 도메인들이 일정 방향으로 정렬되어 강력한 자기장을 형성합니다. 자석의 이러한 특성은 자기장을 생성하며, 이 자기장은 다른 자석의 자기장과 상호작용하여 서로 끌어당기거나 밀어내는 힘을 발생시킵니다. 이러한 상호작용은 자석의 극성(북극과 남극)에 따라 달라지며, 같은 극끼리는 서로 밀어내고, 반대 극끼리는 서로 끌어당깁니다. 자석이 작용하는 기본 법칙은 암페어의 법칙(Ampère's law)과 맥스웰 방정식(Maxwell's equations)에 의해 설명됩니다. 이 법칙들은 전하가 움직일 때 생성되는 자기장과 전기장 간의 관계를 설명하며, 자기장 내에서 자석이 어떻게 힘을 받는지를 수학적으로 표현합니다.
Q. 기계 설계 시 인장력을 고려하는 이유는 무엇이며 어떤 부분에서 중요하게 작용하나요?
안녕하세요. 인장력(Tensile Force)은 물체를 양쪽에서 잡아당기는 힘으로 정의되며, 이는 재료의 인장 강도(Tensile Strength)를 초과하지 않도록 설계하는 것이 필수적입니다. 이는 구조물이나 기계 부품이 작동 중에 겪게 될 최대 하중을 견딜 수 있도록 보장하기 위해 필요합니다. 특히, 기계의 구조적 요소들이 극한의 작동 조건 하에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있도록 인장력을 고려하는 것은 필수적입니다. 예를 들어, 항공기의 날개, 자동차의 프레임, 건축물의 지지 구조 등이 이에 해당합니다. 이러한 부분들은 과도한 인장력에 의해 발생할 수 있는 파손이나 변형을 피하기 위해 특별한 주의를 요합니다. 또한, 인장력을 고려하지 않고 설계된 기계 부품이나 구조물은 사용 중에 기능 실패를 일으킬 수 있으며, 이는 안전사고로 이어질 수 있습니다. 따라서, 인장 하중을 견딜 수 있는 재료의 선택, 구조적 안정성을 위한 설계 최적화, 정기적인 유지 보수 및 검사가 중요합니다.