Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 만화나 영화처럼 거대 로봇이 현실에서 빨리 움직일 수 있나요?
안녕하세요. 영화나 만화에서 자주 등장하는 거대 로봇들이 현실 세계에서 사람보다 빠르게 움직이는 것을 구현 하는 것은 물리학적으로 상당한 도전과제입니다. 이러한 거대 로봇들의 움직임에 영향을 미치는 주요 요소는 로봇의 크기와 질량에 관한 물리적 제약입니다. 먼저, 스케일링 법칙에 따라 로봇의 크기가 증가하면 그 부피는 선형 차원의 세제곱으로 증가합니다. 이는 로봇의 무게도 급격히 증가한다는 것을 의미하며, 강도와 강성(strength and stiffness)은 이에 비례하지 않습니다. 강도는 일반적으로 단위 면적당 무게를 지탱할 수 있는 능력으로, 면적은 선형 차원의 제곱에 비례하여 증가합니다. 따라서 크기가 커질 수록 로봇의 강도는 감소합니다. 또한, 거대한 물체는 중력(gravity)의 영향을 더 많이 받습니다. 이는 로봇이 자체의 무게를 지탱하며 동시에 빠르게 움직이려 할 때 추가적인 에너지가 필요함을 의미합니다. 로봇의 관절과 프레임에 걸리는 부하(load)는 또한 상대적으로 높아져, 이는 재료의 피로도(fatigue)와 손상을 가속화할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 접근 방식으로는 재료 과학에서의 혁신을 들 수 있습니다. 초경량이면서 고강도의 재료가 개발되면 로봇의 무게를 줄이는 동시에 구조적 안정성을 보장할 수 있습니다. 또한, 에너지 효율성을 극대화하는 동력 시스템과, 고속 움직임을 위해 최적화된 동역학적 설계(dynamically optimized designs)가 필요합니다. 최종적으로, 현재 기술로는 만화나 영화 속의 거대 로봇처럼 빠르게 움직이는 것은 실현하기 어렵습니다. 그러나 미래의 과학 기술 발전과 함께 새로운 재료와 설계 기법이 도입되면, 이러한 비전은 점차 현실화될 가능성이 있습니다.
Q. 이거 5번이 왜 답인지 모르겠어요 h가 커져도
안녕하세요. 해당 문제에 대해 설명을 드리면, 물체가 수평 방향으로 v의 속도로 던져졌을때, 그 이동 거리 v x t로 계산되며 t는 물체가 땅에 닿을 때까지 걸리는 시간입니다. 이때 물체가 떨어지는 시간은 수직 방향의 운동과 관련이 있고, 중력 가속도 g의 영향을 받습니다. 주어진 문제에서 높이 h가 커질수록, 물체가 땅에 닿기까지 걸리는 시간 t도 길어집니다. 수직 낙하 운동에서 t는 다음의 공식으로 계산할 수 있습니다 : t = √(2h/g) 여기서 g는 중력 가속도(9.8m/s²) 입니다. 시간 t가 길어지면, 같은 수평 속도 v에서 수평 이동 거리 s도 비례하여 증가합니다 : s = v x t 따라서 높이 h가 커질수록, 물체가 공중에 머무르는 시간이 길어져, 수평 이동 거리 s도 커지게 됩니다. 이로써 h가 커질수록 수평 이동 거리가 더 멀어지는 이유를 설명할 수 있습니다. 이는 수직 낙하의 시간이 늘어나기 때문에 발생하는 현상입니다.
Q. UV 후레쉬로 비추면 플라스틱 홈등에 묻은 투명 오일이 잘 보일까요?
안녕하세요. UV(자외선) 플래시라이트를 사용하여 플라스틱 홈에 묻은 투명 오일을 확인하는 방법은 특정 상황에서 매우 효과적일 수 있습니다. 많은 유기 화합물들이 자외선에 노출되었을때 형광 현상을 나타내기 때문입니다. 이 형광 효과는 UV 빛 아래에서 오일이 푸른색이나 다른 색으로 빛나게 하여, 보통 눈에는 보이지 않는 오염물을 눈에 띄게 할 수 있습니다. 반면, 일반 LED 플래시라이트는 주로 가시광선을 방출하므로, 투명한 오일 같은 투명 물질을 감지하는 데는 그다지 효과적이지 않을 수 있습니다. LED 빛은 주변 환경을 밝히는 데는 유용하지만, 형광 효과를 내지 못하기 때문에 오일이 있는지 없는지를 구별하기 어려울 수 있습니다. UV 라이트를 사용할 때는 안전을 고려하여 적절한 보호 안경을 착용하는 것이 중요합니다. 자외선은 눈이나 피부에 해로울 수 있으므로, 안전 지침을 잘 따라 사용하는 것이 좋습니다. 플라스틱 홈이 좁고 접근이 어려운 경우에는 긴 면봉을 사용하여 오일이 있는지를 물리적으로 닦아내어 확인하는 방법도 고려해 볼 수 있습니다. 면봉은 좁은 공간에 접근하여 오염물을 채취할 수 있으며, 면봉에 오일이 묻어나오면 그 부분에 오일이 존재하는 것을 간접적으로 확인할 수 있습니다. 이 방법은 특히 UV 라이트로 충분히 확인하기 어려운 경우에 보조적인 방법으로 유용할 수 있습니다.
Q. 제가 본 것에 어떤 원리가 있는 것인지 설명 부탁드립니다.
안녕하세요. 휴지로 물통의 입구를 막고 거꾸로 뒤집었을때 물이 쏟아지지 않는 현상은 여러 물리적 원리들이 복합적으로 작용하는 결과입니다. 이 현상을 이해하기 위해서는 대기압, 표면 장력, 물의 점성이라는 세 가지 주요 요소를 고려해야 합니다. 먼저, 물통을 거꾸로 뒤집으면, 휴지가 대기압과 물통 내부의 압력 사이를 구분하는 경계가 됩니다. 물통 내부의 압력은 비교적 낮은 반면, 휴지 외부의 대기압은 상대적으로 높습니다. 이 높은 대기압이 휴지를 밀어내려고 하지만, 휴지는 내부로 향하는 충분한 반대 압력(대기압보다 낮은 내부 압력)을 받으며 그 위치에 유지됩니다. 다음으로, 물은 분자 간에 강한 인력을 가지고 있어, 이러한 표면 장력으로 인해 물 분자들이 서로를 당겨 상대적으로 견고한 '막'을 형성합니다. 휴지의 섬유 사이에 물이 침투하여 휴지와 물 사이에 얇은 물막을 형성하고, 이 막이 물의 무게를 부분적으로 지탱하는데 기여합니다. 또, 물의 점성 덕분에 물 분자들이 쉽게 분리되거나 빠르게 움직이지 않습니다. 이러한 점성은 물이 휴지를 통해 즉시 떨어져 나가는 것을 방지하며, 물 분자들이 서로 달라붙어 있도록 도와줍니다. 이러한 요소들이 결합되어 휴지 한 장으로도 물통을 거꾸로 뒤집었을때 물이 쏟아지지 않고 유지되는 놀라운 현상을 관찰할 수 있습니다.
Q. 기압은 어떤것을 기압이라고 정의하나요?
안녕하세요. 기압(氣壓, atmospheric pressure)은 지구 대기의 무게가 지표면 혹은 지정된 지점 위의 단위 면적에 가하는 압력을 의미합니다. 이러한 압력은 대기의 물리적 특성에 기인하며, 지구의 중력이 대기를 지표면 쪽으로 당기기 때문에 발생하는 것입니다. 대기압은 표준적으로 해수면에서의 기압, 즉 1기압을 기준으로 측정되며 이는 수치로 표현할 때 1013.25 헥토파스칼(hPa) 혹은 760 밀리미터 수은(mmHg)에 해당됩니다. 기압은 고도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보입니다. 이는 대기의 밀도가 고도에 따라 점차 감소하기 때문인데, 이는 비행기나 우주선이 높은 고도로 운항할 때, 혹은 산악 지대에서의 기압 변화로 인식할 수 있습니다. 이와 같은 기압의 변화는 생명체의 호흡이나 기상 현상에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 기압을 이해하고 측정하는 것은 기상학, 항공 및 여러 과학적 분야에서 중요한 요소로 간주됩니다.