Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 중력파나 중력의 속도가 빛의속도인이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 중력의 속도, 특히 중력파가 빛의 속도로 전파되는 이유는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 기초합니다. 이 이론은 중력을 힘으로 보는 뉴턴의 관점을 확장하여 시공간의 구조와 그 구조가 질량에 의해 어떻게 영향을 받는지를 설명합니다. 일반 상대성 이론에 따르면, 질량이 있는 물체는 주변의 시공간을 왜곡시키고, 이 왜곡이 바로 우리가 중력이라고 느끼는 현상입니다. 중력파는 두 개의 블랙홀이나 중성자 별과 같은 밀도가 매우 높은 물체들이 서로 충돌하거나 근접하여 공전할때 발생하는 시공간의 물결과 같은 왜곡으로, 이 왜곡이 빛의 속도(c)로 우주 공간을 통해 전파됩니다. 중력파가 빛의 속도로 전파되는 이유는 중력 자체가 시공간의 변형을 통해 작용하기 때문입니다. 아인슈타인의 이론에서는 정보나 어떤 형태의 에너지도 빛의 속도를 초과하여 전파될 수 없습니다. 이는 중력의 영향 또한 즉각적으로 전달될 수 없다는 것을 의미합니다. 따라서, 어떠한 중력의 변화나 중력파도 빛의 속도로만 전파될 수 있습니다. 중력파가 빛의 속도로 전파된다는 사실은 중요한 천체 물리학적 현상을 이해하고, 우주의 구조와 진화를 연구하는데 필수적입니다. 예를 들어, 중력파 관측은 블랙홀이나 중성자별의 충돌과 같은 극적인천체 사건들에 대한 정보를 제공하며, 이는 우주의 다양한 현상에 대한 우리의 이해를 심화시키는데 기여합니다. 따라서, 중력파와 중력이 빛의 속도로 전파되는 것은 우주의 근본적인 법칙을 반영하는 것이며, 이는 우리가 우주를 이해하는데 중요한 토대를 제공합니다. 이러한 이해는 아인슈타인의 상대성 이론을 통해 가능해졌으며, 이 이론은 현대 물리학의 중추적인 부분입니다.
Q. 엔탈피와 엔트로피는 어떻게 다른 건가요?
안녕하세요. 엔탈피(Enthalpy)와 엔트로피(Entropy)는 화학 반응과 물리적 변화를 이해하는데 중요한 열역학적 개념입니다. 엔탈피는 시스템의 총 열 함량을 나타내며, 일정한 압력에서 시스템이 흡수하거나 방출하는 열의 양과 직접적으로 관련이 있습니다. 엔탈피 변화(ΔH)는 주로 열의 흡수 또는 방출로 관찰됩니다. 엔탈피가 감소하면(ΔH 0) 흡열 반응(endothermic)으로, 에너지가 흡수됩니다. 엔트로피는 시스템의 무질서도 또는 무작위성 정도를 나타냅니다. 엔트로피가 높을수록 시스템의 무질서도가 높고, 분자의 자유도가 증가합니다. 엔트로피 변화(ΔS)는 시스템의 무질서도 변화를 나타내며, 화학 반응의 자발성을 이해하는데 중요한 역할을 합니다. 엔트로피가 증가하면(ΔS > 0) 반응이 자발적으로 일어날 가능성이 높아집니다. 반면 엔트로피가 감소하면(ΔS 화학 반응의 자발성을 결정할때 엔탈피와 엔트로피 둘 다 중요하며, 깁스 자유 에너지(Gibbs Free Energy, ΔG)라는 개념을 통해 이를 평가합니다. 깁스 자유 에너지 변화는 다음 공식으로 계산됩니다 : ΔG = ΔH - TΔS 여기서 T는 절대 온도입니다. 이 식은 엔탈피와 엔트로피가 어떻게 상호 작용하여 반응의 자발성을 결정하는지 보여줍니다. ΔG가 음수면 반응은 자발적으로 일어납니다.
Q. 단열 팽창할 때 온도가 하강하는 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 단열 팽창이란 외부로부터 열이 공급되거나 제거되지 않는 상태에서 기체가 팽창하는 과정을 의미합니다. 이 때 온도가 하강하는 이유는 기체 분자들이 수행하는 일과 관련이 있습니다. 기체가 단열적으로 팽창할때, 기체 내부의 분자들은 부피를 확장시키기 위해 주변 공간으로 밀어내는 일을 합니다. 이 과정에서 기체 분자들은 자신의 운동에너지를 사용하여 주변 환경에 대해 일을 하게 되는데, 이 일은 기체 분자들의 운동에너지를 소비합니다. 기체의 온도는 분자의 평균 운동에너지에 직접적으로 비례하기 때문에, 분자들이 일을 함으로써 운동에너지가 감소하면 전체적인 온도가 하강하게 됩니다. 이러한 원리는 에너지 보존의 법칙을 따르며, 기체의 내부 에너지가 감소하는 결과를 가져옵니다. 온도 감소를 더 구체적으로 설명하기 위해, 기체 분자의 입자 모델과 열역학 제 1법칙을 참고할 수있습니다. 열역학 제 1법칙은 에너지의 보존을 설명하는 법칙으로, 이 법칙에 따르면 시스템이 외부에 일을 할 때, 그 에너지는 내부 에너지의 감소로 이어지며, 이는 온도 하강으로 나타납니다. 따라서, 기체가 단열 팽창을 할 때 외부로부터 열을 흡수하지 않는 한, 내부 에너지가 감소하고 결과적으로 온도가 하강하는 것입니다. 이 과정에서 분자의 속력 감소는 전체적인 운동에너지 감소와 온도 하강으로 직결됩니다.
Q. 계속 서있는 동물들은 다리에 무리가 가지 않나요?
안녕하세요. 말과 소와 같은 대형 초식동물이 장시간 서 있을 수 있는 능력은 해부학적 및 생리적 적응의 결과입니다. 이들은 특별히 강회된 지지 체계와 근육을 가지고 있어, 자신의 무게를 오랜 시간 동안 지탱할 수 있습니다. 이러한 동물들의 다리 구조는 근육, 인대, 뼈의 복잡한 상호작용을 통해 안정성을 보장합니다. 특히, 말은 '잠금 장치(stay apparatus)'라 불리는 독특한 메커니즘을 발달시켰습니다. 이 메커니즘은 다리의 특정 관절을 잠그어 서 있을때 에너지 소비를 최소화하게 해줍니다. 이 장치는 말이 서서 잠을 잘 수 있게 도와주며, 근육의 피로를 덜어주는 역할을 합니다. 소도 비슷한 방식으로 관절을 고정시켜 장시간 서 있는 동안의 불편함을 줄일 수 있습니다.
Q. Casio fx 570es 공학용 계산기 계산문제 Can't solve 문제
안녕하세요. 문제를 해결하기 위해 주어진 식을 단순화해 보겠습니다. 공학용 계산기에서 'can`t slove' 메세지는 주로 주어진 방정식이 복잡하거나 적절한 해가 존재하지 않을 때 나타납니다. 식을 집중해서 보겠습니다 : 36.5 × x = 3650 × 6.02 × 10²³ 이 식을 x에 대해 풀어 보면 : x = (3650 × 6.02 × 10²³) / 36.5 이 계산을 수행하면 x의 값을 구할 수 있습니다. 계산을 해보면 x의 값은 약 6.02 × 10²⁵ 입니다. 공학용 계산기에서 'can`t solve' 메세지가 나타난 이유는 아마도 계산기 수치 처리 범위 내에서 해를 찾지 못했기 때문일 수 있습니다. 이런 경우, 손으로 계산하거나 프로그래밍 언어나 고급 계산도구를 사용하는 것이 도움이 됩니다.