Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 굉장히 높은 가상 공간에 자유낙하를 할 경우 그 속도는 무한대로 증가하나요??
안녕하세요. 물체가 자유낙하를 할 때 그 속도가 무한대로 증가하는 것은 아닙니다. 물체가 낙하하면서 속도가 증가하는 것은 맞습니다. 그러나 최종적으로 터미널 속도(terminal velocity) 또는 그에 근사한 최대 속도에 도달하게 됩니다. 공기 저항이 없는 이상적인 환경에서조차, 속도 증가에는 한계가 있습니다. 바꿔 이야기 하면, 중력 가속도의 한계가 있다는 것으로 지구 표면 근처에서의 중력 가속도 g는 약 9.81 m/s² 입니다. 그러나 물체가 지구로부터 매우 멀리 떨어져 있다면, 중력 가속도는 거리의 제곱에 반비례하여 감소합니다. 이는 뉴턴의 만유인력 법칙(Newton`s law of universal gravitation)에 따른 것으로, 두 물체 사이의 인력은 물체의 질량과 거리의 제곱에 반비례하여 결정됩니다. 또한, 속도가 빛의 속도에 가까워지면 상대성 이론에 따라 물체의 질량이 증가하기 시작합니다. 이는 물체가 빛의 속도 c에 도달하는 것을 막는 중요한 요소입니다. 에너지와 질량은 아인슈타인의 유명한 방정식 E = mc² 에 의해 서로 연결되어 있으며, 이는 물체의 속도가 광속에 근접할수록 그 질량이 무한대로 증가하여 추가적인 가속이 점점 더 어려워진다는 것을 의미합니다. 따라서, 공기 저항이 없는 완벽한 진공 상태에서도 물체의 낙하 속도는 무한대로 증가하지 않습니다. 물체가 매우 높은 곳에서 자유낙하를 시작하면, 초기에는 중력 가속도 g에 의해 속도가 증가하겠지만, 중력 가속도가 거리에 따라 감소하고 빛의 속도에 근접함에 따라 상대성 이론의 영향을 받기 시작하면서 속도 증가는 한계에 도달하게 됩니다. 이러한 이유로, 자유낙하하는 물체의 속도는 결코 무한대로 증가하지 않으며, 물리적 법칙에 의해 그 증가에는 상한이 존재합니다.
물리
Q. 만약에 포물선 운동을 하던지 자유낙하 운동을 하던지 공기 저항을 무시할 경우, 질량 또는 속도에 관계없이 동시에 지면에 닿게 되나요?
안녕하세요. 정확히 말씀드리면, 공기 저항을 무시하고 중력의 영향만을 고려할 경우 질량이나 초기 속도에 관계없이 모든 물체는 동시에 지면에 도달합니다. 이는 물리학에서 중력장 내에서의 자유낙하 운동을 설명할때 기본적으로 적용되는 원리입니다. 뉴턴의 중력 법칙과 운동 법칙에 따르면, 모든 물체는 지구로부터 동일한 가속도 g (약 9.81 m/s²)로 가속됩니다. 이 가속도는 물체의 질량에 의존하지 않으며, 오로지 지구의 중력에만 의존합니다. 따라서 두 물체가 동일한 높이에서 동시에 떨어지기 시작할 경우, 어떤 물체든 같은 시간에 지면에 도착하게 됩니다. 예컨데, 포물선 운동을 하는 경우에도 수평 속도의 크기나 방향은 수직 낙하 운동에 영향을 주지 않습니다. 포물선 운동에서 수직 분량의 운동은 자유낙하와 동일하게 처리될 수 있으며, 수평 분량의 운동은 중력과는 독립적입니다. 따라서 수직으로 떨어지는 거리가 같다면, 수평 속도와 무관하게 모든 물체는 동시에 땅에 닿습니다. 이 원칙은 공기 저항이 없을 때만 엄격하게 적용됩니다. 실제 상황에서는 공기 저항과 같은 다른 요소들이 운동에 영향을 미칠 수 있으며, 이 경우 물체의 속도, 형태, 밀도 등이 낙하 시간에 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 이론적으로는 공기 저항을 완전히 무시할 수 있는 조건에서는 모든 물체가 동일한 속도로 가속되어 동시에 지면에 도달합니다.
물리
Q. 주유소에 있는 정전기 패드 원리가 궁금 합니다.
안녕하세요. 주유소에 설치된 정전기 방지 패드의 작동 원리는 전기적 전도성과 접지 시스템의 활용을 통한 인체의 정전기 방전에 근거합니다. 사용자가 이 패드에 접촉함으로써, 인체에 축적된 정전기는 전도성재료를 통해 접지선으로 이동되며, 이는 땅으로 방전됩니다. 이 과정에서 인체에 축적된 초과 전하(electrical charges)는 패드와의 전기적 연결을 통해 중성화(neutralization)되어, 주유 과정 중 발생할 수 있는 정전기에 의한 불꽃 혹은 이로 인한 화재 발생 위험을 현저히 감소시킵니다. 정전기 방지 패드는 금속성 물질(metallic materials) 또는 기타 전도성 복합체로 제작되어 인체와 접촉 시에 전기적 경로를 제공하며, 이는 접지와 연결되어 있어 전하의 안전한 이동을 보장합니다. 특히, 주유소와 같이 인화성 물질이 존재하는 환경에서는 정전기 방지가 매우 중요하며, 이러한 패드의 사용은 간단하면서도 효과적인 예방책으로 작용합니다. 따라서, 정전기 방지 패드의 기능은 에너지의 보존법칙(Conservation of Energy)과 전하의 보존법칙(Conservation of Charge)에 기초하여 설계되었으며, 주유소에서의 안전 관리에 있어 필수적인 요소로 자리잡고 있습니다. 이러한 기기의 효율적인 작동은 주유소 이용자의 안전을 보호하고, 잠재적인 위험 요소를 미연에 방지하는데 중추적인 역할을 수행합니다.
물리
Q. 에어컨과 제습기를 동시에 틀어도 되나요?
안녕하세요. 에어컨과 제습기를 동시에 사용하는 것은 가능하며, 특히 높은 습도로 인해 불쾌감을 느낄 때 유용할 수 있습니다. 각각의 장치가 다른 방식으로 작동하기 떄문에 서로의 기능을 보완하며 동시 사용이 가능합니다. 에어컨은 실내의 공기를 냉각시키면서 동시에 공기 중의 수분을 제거(응축)하여 실내 온도와 상대습도를 낮춥니다. 그런데 에어컨이 공기를 충분히 건조시키지 못하는 경우가 있습니다. 특히 공간이 넓거나 습도가 매우 높을 때 이런 현상은 일어납니다. 제습기는 에어컨과는 달리 주로 습도를 조절하는 데 초점을 맞춥니다. 공기 중의 수분을 집중적으로 제거하여 습도를 조절합니다. 제습기가 방출하는 따뜻한 바람은 제습 과정에서 발생하는 것으로, 공기 중의 수분을 수집한 후 다시 실내로 배출되는 과정에서 나오는 열입니다. 따라서, 에어컨과 제습기를 함께 사용하면 에어컨으로는 적정 온도를 유지하면서 제습기로는 추가적인 습도 제어를 할 수 있어, 더운 여름철 높은 습도로 인한 불쾌감을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 하지만, 두 기기를 동시에 사용하면 전력 소비가 증가하기 때문에 필요한 경우에 한해 선택적으로 사용하는 것이 좋습니다.
화학
Q. 음식에 방부제로 들어가는 것은 어떤 물질인지 궁금해요
안녕하세요. 방부제는 식품의 유통기한을 연장하고 미생물로 인한 부패를 방지하기 위해 사용되는 중요한 화학적 첨가물입니다. 방부제의 역할은 주로 미생물의 성장 억제, 산화 방지, 색상 유지 등을 통해 식품의 안전성과 품질을 유지하는 데 있습니다. 다양한 종류의 방부제가 식품에 사용되며, 각각의 방부제는 특정한 화학적 특성을 가지고 있어 다양한 식품에 맞게 설계됩니다. 소르빈산(C₆H₈O₂) 및 그 염류는 대표적인 방부제로, 곰팡이와 효모의 성장을 억제하는 역할을 합니다. 이들은 빵, 치즈, 주스와 같은 제품에 널리 사용되며, 특히 곰팡이 억제에 효과적입니다. 벤조산(C₇H₆O₂)과 그 염류(ex : 벤조산 나트륨, Soldium Benzoate)도 산성 식품에서 흔히 사용되며, 주로 음료, 소스, 잼 등에 첨가되어 세균과 곰팡이의 성장을 방지합니다. 질산 나트륨(NaNO₃)과 아질산 나트륨(NaNO₂)은 주로 육류 가공품에서 사용되며, 햄, 베이컨, 소시지 등의 보존에 중요합니다. 이들 화합물은 육류의 색을 유지하고, 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)과 같은 치명적인 박테리아의 성장을 억제하는 데 효과적입니다. 설파이트(Sulfites)도 방부제로 널리 사용되며, 이산화황(SO₂)과 황산수소나트륨(NaHSO₃)과 같은 형태로 존재합니다. 이들은 주로 건조 과일, 와인, 감자 제품 등에 사용되며 미생물의 성장 억제와 산화 방지에 기여합니다. 또한, 프로피온산(C₃H₆O₂) 및 그 염류(예: 프로피온산 칼슘, Calcium Propionate)는 빵과 같은 베이킹 제품에서 곰팡이와 일부 박테리아의 성장을 억제하는 데 사용됩니다. 마지막으로, 메틸파라벤(C₈H₈O₃)과 같은 파라벤 계열의 방부제는 주로 음료, 제과류, 소스 등에서 곰팡이와 세균의 성장을 억제하는 역할을 합니다.