Doctor of Public Health 전상훈입니다
생물·생명
Q. 식물성 플랑크톤은 칼슘을 먹고 성장하나요??
안녕하세요. 식물성 플랑크톤이 칼슘을 직접적인 영양소로 사용하여 성장하지는 않습니다. 그러나 칼슘의 존재가 간접적으로 식물성 플랑크톤의 생장에 영향을 미치는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 해양에서 칼슘을 뿌리는 것은 주로 철분이나 다른 미네랄을 통한 해양 비료 투여의 일환으로 이루어질 수 있습니다. 이는 무기 영양소의 가용성을 증가시키고, 결과적으로 식물성 플랑크톤의 성장을 촉진하여 이산화탄소 흡수율을 높이는 데 목적이 있습니다. 식물성 플랑크톤의 성장에 필요한 주요 요소는 빛, 이산화탄소, 물, 다양한 무기 물질(질소, 인, 철분 등)입니다. 칼슘이 식물성 플랑크톤에 직접적인 영양소로 작용하지는 않지만, 해양 생태계에서의 광합성 활동 증진과 미네랄 순환에 기여할 수 있는 물리적, 화학적 조건을 조성하는데에 도움을 줄 수 있습니다. 해양 비료화(해양 비옥화, Ocean Fertilization)는 특정 미네랄을 해양에 추가함으로써 플랑크톤의 성장을 자극하고, 이를 통해 대기 중의 이산화탄소를 더 많이 흡수하도록 하는 방법입니다. 이 과정에서 칼슘 같은 미네랄이 해양 생태계의 알칼리도 조절에 기여하여, 궁극적으로 해양의 이산화탄소 용해 능력을 향상시킬 수 있습니다. 따라서, 식물성 플랑크톤이 칼슘을 '먹고' 성장한다기보다는, 칼슘과 다른 미네랄의 투여가 해양 환경을 변화시켜 플랑크톤의 생장 조건을 개선하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이러한 환경적 개선은 결국 플랑크톤의 성장을 촉진하고, 이들이 대기 중 이산화탄소를 더 많이 흡수하도록 하여 지구 온난화 완화에 기여할 수 있습니다. 이는 지구 기후 조절의 복잡한 상호 작용을 예시하는 예로, 이 과정의 잠재적 영향과 가능한 환경적 부작용에 대해서는 지속적인 연구와 모니터링이 필요합니다.
화학
Q. 무극성과 중성의 의미 차이가 정확히 무엇인가요??
안녕하세요. 무극성(nonpolar)과 중성(neutral)은 종종 혼동될 수 있지만, 화학적 맥락에서 이 두 용어는 서로 다른 개념을 나타냅니다. 무극성은 분자가 전하의 균형을 이루고 있어 전체적으로 전기적인 극성이 없는 상태를 말합니다. 분자 내의 전자들이 균등하게 분포되어 있거나, 전자를 공유하는 원자들 간의 전기음성도 차이가 거의 없을 때 무극성이라고 합니다. 예컨데, 산소 분자(O₂)나 이산화탄소(CO₂) 같은 대칭적인 분자들은 무극성 분자로 분류됩니다. 이러한 무극성 분자들은 다른 무극성 물질과는 상호 작용이 잘 일어나지만, 극성ㅁ ㅜㄹ질과는 상대적으로 상호 작용이 약합니다. 중성은 전기적인 면에서 양전하와 음전하가 균형을 이루어 전체적으로 전하가 없는 상태를 의미합니다. 이 용어는 분자가 전기적으로 중립이라는 점을 강조할 때 사용됩니다. 중성 분자는 극성이 있거나 무극성일 수 있습니다. 중요한 것은 전체 전하가 '0'이라는 점입니다. 예컨데, 물(H₂O)은 극성 분자이지만, 전체적으로 중성입니다. 즉, 물은 극성 분자로 분류되지만, 전체적인 분자는 중성이라는 점에서 극성 분자임에도 불구하고 중성입니다. 중성 물체가 극성과 무극성 물질 모두와 잘 섞일 수 있는지는 그 물질의 화학적 특성에 달려 있습니다. 일반적으로, 극성 물질은 다른 극성 물질과 잘 섞이고, 무극성 물질은 다른 무극성 물질과 잘 섞입니다. 하지만 중성 물질이라 할지라도 그 구조와 전기음성도에 따라 극성이 결정되기 때문에, 이는 극성과 무극성 물질 모두와의 상호 작용에 영향을 줍니다. 무극성과 중성은 서로 다른 개념입니다. 무극성은 분자 내 전하의 비대칭성 부재를, 중성은 전체적인 전하의 부재를 의미합니다. 중성 물질이 극성 또는 무극성 물질과 잘 섞이는지 여부는 그 물질의 구체적인 화학적 성질에 따라 달라집니다. 따라서 중성 물질이 반드시 모든 유형의 다른 물질과 잘 섞이는 것은 아닙니다.
화학
Q. 드라이아이스의 경우 고체에서 바로 기체로 넘어가는 건가요?
안녕하세요. 맞습니다. 드라이아이스는 고체 상태에서 바로 기체로 변하는 특별한 현상을 보입니다. 이러한 과정을 '승화(sublimation)'라고 합니다. 드라이아이스는 이산화탄소(CO₂)가 고체 상태로 압축되어 만들어진 물질입니다. 일반적인 환경에서 이산화탄소는 고체 상태에서 바로 기체 상태로 넘어가는 승화 현상을 경험합니다. 이는 대기압에서 이산화탄소가 고체와 액체 상태를 동시에 유지할 수 없기 때문입니다. 드라이아이스는 약 -78.5°C의 온도에서 승화를 시작합니다. 이 과정에서, 고체 드라이아이스는 중간 액체 상태를 거치지 않고 직접 기체 상태의 이산화탄소로 변합니다. 이는 이산화탄소가 표준 대기압에서는 고체와 액체 사이의 평형 상태를 가지지 못하기 때문에 발생합니다. 실제로 이산화탄소가 액체 상태로 존재하려면, 훨씬 더 높은 압력이 필요합니다. 드라이아이스의 이러한 승화 특성은 여러 분야에서 유용하게 활용됩니다. 예컨데, 냉동 보관 및 운송, 무대 효과 생성, 과학 실험 등에서 드라이아이스를 사용합니다. 승화 과정에서 발생하는 짙은 안개는 이산화탄소 기체가 공기 중의 수증기와 혼합되면서 발생하는 현상으로, 많은 무대효과에서 보여지는 안개 효과를 만들어냅니다.
물리
Q. 열기구가 뜨는 원리가 정확히 무엇인가요??
안녕하세요. 열기구가 하늘을 나는 원리는 열역학의 법칙과 부력의 원리에 근거합니다. 열기구는 뜨거운 공기를 이용하여 주변보다 가벼운 공기 질량을 생성함으로써 하늘로 떠오르게 됩니다. 이 과정은 아르키메데스의 원리(Archimedes` Principle)를 따르며, 더욱 자세한 설명을 통해 이해할 수 있습니다. 열기구는 큰 직물로 만든 봉투(Envelope)와 그 아래에 위치한 버너(Burner)로 구성되어 있습니다. 버너는 프로판 가스를 연소시켜 대량의 뜨거운 공기를 발생시킵니다. 뜨거운 공기는 상대적으로 밀도가 낮기 때문에, 봉투 안에 포함된 공기의 총질량은 주변의 차가운 공기보다 가벼워집니다. 열기구의 뜨는 힘은 봉투 내부의 뜨거운 공기가 주변의 더 차가운 공기보다 밀도가 낮기 때문에 발생합니다. 공기의 밀도는 온도에 반비례하기 때문에(이상 기체 법칙에 따라), 온도가 상승함에 따라 공기 분자들이 더 활발하게 움직이고 멀리 떨어지게 되어 밀도가 감소합니다. 따라서 뜨거운 공기를 가득 채운 열기구 봉투는 더 차가운 외부 공기보다 가벼워지며, 이로 인해 상향 부력을 받게 됩니다. 열기구의 부력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 봉투 내부의 공기와 주변 공기의 밀도 차이에 봉투가 차지하는 부피를 곱한 값이 부력의 크기를 결정합니다. 수식으로 표현하면 : F₍ᵦᵤₒᵧₐₙₜ₎ = (ρ₍𝒸ₒₗ𝒹₎ - ρ₍ₕₒₜ₎) × V × g 여기서 F₍ᵦᵤₒᵧₐₙₜ₎은 부력, ρ₍𝒸ₒₗ𝒹₎은 주변 차가운 공기의 밀도, ρ₍ₕₒₜ₎은 봉투 내 뜨거운 공기의 밀도, V는 봉투의 부피, g는 중력 가속도 입니다. 열기구는 뜨거운 공기를 사용하여 내부 공기의 밀도를 감소시켜 주변 공기보다 가벼운 상태를 만들어서 뜨거 됩니다. 이 과정에서 발생하는 부력은 봉투를 들어올려 하늘을 나는 데 필요한 힘을 제공합니다. 열기구의 원리는 물리학의 기본 법칙들에 근거합니다.
물리
Q. 운동 방향이 변화해서 속도가 변화한다라고 말하는게, 운동 방향의 변화로 변위가 변화하기 때문인가요?
안녕하세요. 속도의 변화를 이해하는 데 있어, 운동 방향의 변화가 핵심적인역할을 수행한다는 사실은 물리학에서 중요한 개념입니다. 속도(벡터로 표현되는 양)는 크기와 방향 두 가지 요소를 모두 포함합니다. 운동의 방향이 변할 때, 속도 벡터의 방향 변화가 반드시 수반되며, 이는 전체적인 속도의 변화를 의미합니다. 이러한 변화는 변위의 경로에도 직접적인 영향을 미칩니다. 속도 벡터의 변화는 운동학적으로 속도의 방향이나 크기가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 설명하는 데 사용됩니다. 운동 방향이 바뀔 때, 이는 속도 벡터의 방향 변화를 수반하며, 각속도(angular velocity)와 연관되어 직선 운동에서 곡선 운동으로의 전환을 수반할 수 있습니다. 이러한 곡선 운동에서는 방향이 지속적으로 변하므로, 변위의 경로 또한 변합니다. 물리학에서는 이러한 변화를 정량화하기 위해 가속도 벡터가 도입됩니다. 가속도는 속도의 변화율을 나타내며, 속도의 방향과 크기가 변할 때 발생합니다. 가속도의 발생은 힘(force)의 적용과 직결되어 있으며, 뉴턴의 제 2법칙(Newon`s second law)에 따라 F→ = ma→ (여기서 F→는 힘, m은 질량, a→는 가속도)으로 표현됩니다. 따라서, 운동 방향의 변화는 가속도를 통해 변위의 변화로 연결됩니다. 종합적으로, 운동 방향의 변화는 속도 벡터의 방향 변화를 초래하며, 이는 가속도의 발생과 변위 경로의 변경으로 이어집니다. 이 과정은 운동의 질적 및 양적 분석에 있어 핵심적인 요소로 작용하며, 다양한 물리적 상황에서의 운동 변화를 이해하는 데 필수적입니다.