Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 무지개를 보면 대부분 반원의 형태를 띠고 있는데요 왜 반원의 형태를 띠고 있는 건가요??
안녕하세요. 무지개가 반원 형태를 띠는 이유는 빛의 굴절, 반사, 분산 현상이 특정한 각도에서 일어나기 때문입니다. 무지개를 이해하려면 먼저 태양 빛이 비구름이나 비를 만나는 물방울에 들어갔을 때 발생하는 빛의 굴절과 내부 반사, 그리고 다시 나오면서의 굴절 과정을 살펴볼 필요가 있습니다. 태양 빛이 물방울에 들어갈 때, 빛은 공기에서 물로 전환되면서 굴절됩니다. 이 굴절은 빛의 속도 차이 때문에 발생하여, 물 속에서 빛은 속도가 느려집니다. 태양 빛은 여러 색으로 구성된 백색광이기 때문에, 각 색깔은 다소 다른 정도로 굴절됩니다. 이 현상을 분산이라고 하며, 이로 인해 빛의 다양한 색상이 나타납니다. 빛이 물방울 내부에서 한 번 이상 반사되면서, 물방울의 뒷면을 향해 반사된 후 다시 앞면으로 나옵니다. 이 때 각 색깔의 빛은 다른 각도로 나오게 되며, 이 각도는 각 색깔의 굴절률에 의해 결정됩니다. 무지개가 관찰되기 위해서는 관찰자가 빛이 물방울에서 나오는 반대편에 있어야 하며, 태양은 관찰자의 등 뒤에 있어야 합니다. 무지개는 태양, 관찰자, 무지개의 중심이 이루는 가상의 원에서 관찰자를 중심으로 약 42도의 각도에 나타납니다. 이것이 무지개가 반원 형태로 보이는 이유입니다. 무지개가 완전한 원으로 보이지 않는 이유는 지평선 때문입니다. 지평선이 무지개의 하단을 가려서 대부분의 경우 무지개는 반원 또는 그보다 작게 보입니다. 그러나 특정 조건 하에서, 예를 들어 비행기에서 높은 곳을 내려다볼 때나 산 꼭대기 등 높은 위치에서는 무지개가 완전한 원으로 관찰될 수 있습니다. 지상에서 무지개가 직선 형태로 보이는 것은 불가능하며, 이는 무지개가 생성되는 물리적 원리와 광학적 특성 때문입니다.
생물·생명
Q. 해바라기처럼 태양의 움직임에 따라 그 꽃 방향이 따라 움직이는 식물이 있을까요?
안녕하세요. 일중성 운동(heliotropism)은 특정 식물이 태양의 궤적을 따라 꽃이나 잎을 회전시키는 생물학적 현상을 지칭합니다. 해바라기(Helianthus annuus)는 이 현상이 가장 잘 알려진 예로, 꽃머리가 태양의 이동에 따라 동쪽에서 서쪽으로 움직이면서 광합성을 극대화하고, 에너지 효율을 높이는 전략을 사용합니다. 이는 주로 개화 전의 어린 해바라기에서 관찰되며, 개화 후에는 주로 동쪽을 향한 채 고정되는 경향을 보입니다.태양을 따라 꽃이나 잎이 움직이는 다른 식물로는 컴패션플라워(Passiflora spp.)가 있습니다. 이 식물들은 열대 지역에서 자주 발견되며, 꽃과 줄기가 태양의 위치 변화에 민감하게 반응하여 하루 종일 태양을 향해 움직이는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 움직임은 식물의 생존과 번식에 유리하게 작용하며, 광합성 활동을 최적화하는데 기여합니다.샐비어(Salvia spp.)도 유사한 특성을 가진 식물 중 하나로, 꽃이 태양의 위치에 따라 방향을 조절합니다. 이는 식물이 태양 빛을 최대한 효율적으로 이용하려는 자연적인 적응의 일환으로, 광합성 효율을 높이고 생장 및 번식 능력을 증진시킵니다. 이러한 식물들의 일중성 운동은 자연 선택에 의해 진화한 결과로, 광합성을 최대화하고 생존율을 높이기 위한 생태학적 전략입니다. 이 현상은 생물학적 시계(biological clock)와 밀접한 관련이 있으며, 식물이 외부 환경 변화에 능동적으로 대응하는 능력을 보여줍니다. 이를 통해 식물은 에너지 획득을 최적화하고, 생존과 번식의 효율을 극대화할 수 있습니다.
생물·생명
Q. 해양 생물의 게중에서 가장 크게 자라는 종은 어떤게 있나요?
안녕하세요. 해양 생물 중에서 게를 얘기할 때 가장 크게 자라는 종으로는 일반적으로 거대한 타스마니아 거대게(Tasmanian giant crab, Pseudocarcinus gigas)와 일본 거대게(Japanese spider crab, Macrocheira kaempferi)가 대표적입니다.일본 거대게는 다리를 포함하여 최대 3.8미터까지 길어질 수 있으며, 몸무게는 20kg에 달할 수 있습니다. 일본 거대게는 그 크기 때문에 유명하지만, 주로 깊은 바다에 살기 때문에 양식은 매우 제한적입니다. 자연 서식지에서의 포획이 주를 이루며, 일부 지역에서는 이들의 개체수 보존을 위해 포획을 엄격히 제한하고 있습니다.타스마니아 거대게는 몸통의 너비만으로도 46cm에 이르고, 몸무게는 15kg까지 나갈 수 있습니다. 이 종 역시 큰 크기 때문에 주목받지만, 상업적 양식은 드뭅니다. 타스마니아 거대게는 주로 호주 남동부 해안의 깊은 물에서 발견되며, 어업을 통해 어느 정도 포획되지만, 이 역시 지속 가능한 관리가 요구됩니다. 양식에 관한 질문에 대해 말씀드리면, 일반적으로 이와 같은 대형 게들의 양식은 자연 서식 환경을 모방하기 어렵고, 높은 유지 비용이 드는 등의 문제로 인해 상업적으로는 일반적이지 않습니다. 또한, 이들의 성장 속도가 매우 느리고, 특정 생태적 요구사항을 충족시키기 어렵기 때문에 효과적인 양식이 어려운 실정입니다. 따라서 이러한 거대 게 종들은 주로 자연 상태에서 관리되며, 그들의 포획과 판매는 엄격한 규제 하에 이루어지는 것이 일반적입니다. 이는 개체수 보존과 생태계 건강 유지를 위한 필수적인 조치입니다.
화학
Q. 화산이 터지면 용암이 위험한가요? 아니면 화산재가 더 위험한가요?
안녕하세요. 화산 활동과 관련하여 용암(lava)과 화산재(volcanic ash)의 위험성은 상당히 차이가 있습니다. 각각 독특한 위협 요소를 지니고 있으며, 용암은 화산에서 분출되는 고온의 용융 암석으로, 그 직접적인 접촉은 매우 파괴적입니다. 용암의 흐름은 주로 화산의 근접 지역에 영향을 미치며, 그 경로상에 있는 모든 것을 소각하거나 덮어버립니다. 건축물, 인프라, 생태계에 치명적인 손상을 입힐 수 있으며, 그 재산 피해는 주로 국지적입니다. 그러나 용암의 이동 속도는 상대적으로 느리기 때문에 적절한 경보 시스템이 구축되어 있다면 인명 피해를 최소화할 수 있습니다. 반면, 화산재는 그 위험성과 영향력이 훨씬 광범위합니다. 화산재는 미세한 암석 조각, 유리, 광물 입자로 이루어져 있으며, 화산 폭발 시 대기 중으로 대량 방출됩니다. 이 입자들은 풍향에 따라 수백 킬로미터 이상 떨어진 지역까지 영향을 미칠 수 있으며, 다양한 위험을 수반합니다. 화산재는 매우 미세하여 호흡기 계통으로 쉽게 침투할 수 있습니다. 이는 호흡 문제를 유발하고, 특히 천식이나 기타 호흡기 질환을 가진 사람들에게 심각한 건강 문제를 야기할 수 있습니다. 또한, 화산재는 피부와 눈에 자극을 줄 수 있으며, 장기간 노출시 심각한 건강 문제로 이어질 수 있습니다. 화산재의 축적은 지붕 붕괴와 같은 구조적 손상을 유발할 수 있습니다. 또한, 농작물, 물 공급 시스템 및 자연 생태계에 장기적인 손상을 입힐 수 있습니다. 화산재는 수자원을 오염시키고, 농업 생산성을 저하시킬 수 있습니다. 또한, 항공기의 제트 엔진에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 엔진 내부에서 녹는 화산재 입자는 엔진을 멈추게 하거나 심각한 손상을 입힐 수 있어, 항공기의 안전을 심각하게 위협합니다. 종합적으로 보았을 때, 화산재는 용암에 비해 훨씬 더 광범위한 지역에 영향을 미치며 다양한 위험을 수반합니다. 따라서 화산 폭발 시 화산재 관리와 대비는 매우 중요하며, 해당 위험을 최소화하기 위한 철저한 계획과 준비가 요구됩니다.
화학
Q. 전고체 배터리의 경우 화재 안전성이 거의 없다고 하는데, 왜 그런가요?
안녕하세요. 전고체 배터리의 화재 안정성이 기존의 리튬 이온 배터리보다 높게 평가되는 주된 원인은 전고체 배터리의 구성 요소 중 하나인 고체 전해질의 화학적 및 열적 특성 때문입니다. 전고체 배터리에서 사용되는 고체 전해질은 액체 전해질에 비해 열적으로 더욱 안정하고 화학적으로 반응성이 낮습니다. 이로 인해 고체 전해질은 과열이나 기계적 손상 상황에서도 발화 또는 폭발의 위험을 현저히 줄여줍니다. 고체 전해질의 주요 이점은 액체 전해질에 비하여 화학적으로 더 안정적입니다. 이는 고온에서도 화학적 분해가 적게 일어나며, 화학적 반응을 통한 가스 발생이 적다는 것을 의미합니다. 따라서, 고체 전해질은 화재 발생 가능성을 크게 감소시킵니다. 또한, 높은 열적 안정성을 가지고 있어, 배터리 내부의 과열 시에도 안정적인 성능을 유지합니다. 이는 배터리가 열적 스트레스에 노출되었을 때 발화 점에 도달하는 것을 방지하며, 이로 인해 배터리의 전반적인 안전성이 향상됩니다. 고체 전해질은 양극과 음극 사이의 직접적인 접촉을 방지하는 물리적 장벽 역할을 합니다. 이는 배터리 내부에서의 단락을 예방하며, 결과적으로 내부 단락으로 인한 열 발생 및 화재 위험을 감소시킵니다. 이와 같은 특성 덕분에 전고체 배터리는 화재와 관련된 위험 요소를 상당히 제거할 수 있으며, 미래의 배터리 기술 발전에 있어 중요한 진전으로 간주됩니다. 전고체 배터리의 이러한 장점은 안전성뿐만 아니라 성능과 효율성 측면에서도 매우 중요한 기여를 할 것으로 예상됩니다.