Doctor of Public Health 전상훈입니다
생물·생명
Q. 고래는 왜 아직도 아가미가 발달하지 않을까요?
안녕하세요. 고래는 실제로 육상 포유류에서 진화한 생물들로, 약 5천만 년 전에 그들의 조상이 물속으로 돌아가기 시작하면서 오늘날 우리가 아는 바다의 거대한 포유류로 변화했습니다. 이런 유래는 그 들이 왜 아가미 대신 폐로 호흡을 계속하는지 설명하는 중요한 단서를 제공합니다. 고래를 포함한 모든 포유류는 폐를 사용하여 호흡합니다. 폐는 공기 중의 산소를 효율적으로 흡수하고 이산화탄소를 배출하는 데 적합하게 진화했습니다. 또, 고래의 조상이 육상 포유류였기 때문에, 이미 폐를 사용하는 호흡 시스템을 가지고 있었습니다. 진화는 종종 기존의 구조를 수정하여 새로운 환경에 적응하는 방식으로 진행됩니다. 아가미를 새롭게 발달시키는 것은 극도로 복잡한 과정이며, 진화적으로 보았을 때 기존의 호흡 시스템을 유지하고 개선하는 것이 더 효율적일 수 있습니다. 이를 진화적 제약이라고 부릅니다. 고래가 대기 중의 산소를 직접 이용하는 폐 호흡 방식은 아가미 호흡보다 에너지 효율성이 더 높을 수 있습니다. 대기 중의 산소 농도는 물 속의 용존 산소 농도보다 훨씬 높기 때문에, 깊은 물속에서도 먼 거리를 효율적으로 이동하면서 활동할 수 있습니다.
화학
Q. 미세먼지가 나쁨이면 생기는 몸의 변화?
안녕하세요. 미세먼지의 높은 농도는 대기 중에 부유하는 입자상 물질(particulate matter ; PM)로 인해 발생하며, 이는 인체에 다양한 부정적인 건강 영향을 미칠 수 있습니다. 특히, PM2.5와 같은 미세 입자는 그 크기가 매우 작아 호흡기를 통해 폐의 깊은 부분까지 침투할 수 있으며, 이로 인한 건강상의 변화는 상당히 심각할 수 있습니다. 먼저 호흡기계에 미치는 영향으로는, 미세먼지가 기관지및 폐에 직접적으로 침투하여 호흡 관련 증상을 유발할 수 있습니다. 이는 기침, 호흡 곤란, 천식 발작의 악화 및 만성 폐 질환(chronic obstructive pulmonary disease ; COPD) 환자의 증상 악화를 포함합니다. 미세먼지는 또한 폐 조직에 염증을 유발하고, 장기적인 노출은 폐 기능 저하를 초래할 수 있습니다. 또, 심혈관계에 대한 영향도 주목할 만합니다. 미세먼지의 성분 중 일부는 혈류로 직접 유입될 수 있어, 혈관 내피의 기능을 저하시키고, 심혈관 질환(cardiovascular diseases)의 위험을 증가시킬 수 있습니다. 이는 심장 발작과 뇌졸중 같은 심각한 건강 문제로 이어질 수 있으며, 특히 기존 심혈관 질환을 가진 사람들에게 더욱 위험할 수 있습니다. 추가로 피부와 눈에 미치는 영향도 고려되어야 합니다. 피부에 장기간 노출된 미세먼지는 피부염, 알레르기 반응 및 피부 노화를 촉진할 수 있습니다. 눈의 경우, 미세먼지는 결막염을 유발하고 눈의 자극 및 건조증을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 건강 영향을 최소화하기 위하여, 미세먼지 농도가 높은 날에는 외출을 자제하고, 고효율의 미세먼지 필터를 갖춘 마스크를 착용하는 것이 권장됩니다. 또한, 실내 공기 정화 장치를 사용하여 실내 공기의 질을 관리하는 것도 중요한 예방 조치로 간주됩니다. 이러한 조치는 특히 미세먼지에 취약한 어린이, 노인 및 호흡기 또는 심혈관 질환을 가진 사람들에게 필수적입니다.
화학
Q. 열역학 제 3법칙은 어떤 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 열역학의 제 3법칙은 열역학의 네 가지 기본 법칙 중 하나로, 온도가 절대 영도(0 켈빈, -273.15°C)에 접근할 때 시스템의 엔트로피(entropy)와 관련된 현상을 설명합니다. 이 법칙은 독일의 물리학자 발터 노른스트(Walther Nernst)에 의해 처음 제안되었기 때문에 '노른스트의 열역학 정리' 또는 '노른스트의 법칙'으로도 알려져 있습니다. 열역학 제 3 법칙은 다음과 같이 정의 됩니다 : "온도가 절대 영도에 도달함에 따라, 모든 순수한 결정질 물질의 엔트로피는 접근할 수 있는 최소값, 즉 절대 영도에서의 엔트로피는 0에 도달한다." 이 법칙의 핵심은 절대 영도에서 완벽한 결정체는 완벽한 질서 상태를 갖게 되고, 엔트로피가 0이 된다는 것입니다. 엔트로피는 무질서도나 무작위성의 척도로, 이론적으로 온도가 절대 영도에 가까워지면 원자나 분자의 운동이 정지하고 시스템은 완벽한 질서 상태에 도달하게 됩니다. 열역학 제 3법칙은 저온 물리학, 초전도성, 양자 컴퓨팅 등의 분야에서 중요한 의미를 가집니다. 이 법칙은 물질의 온도를 절대 영도에 가깝게 냉각시킬 때 물질의 열적 및 전기적 성질이 어떻게 변하는지 이해하는 데 도움을 줍니다. 예컨데, 초전도체는 절대 영도에 가까운 온도에서 전기 저항이 0이 되는 특성을 보입니다. 열역학 제 3법칙을 이해하면 이러한 현상의 배경을 더 잘 이해할 수 있으며, 초저온 환경에서의 실험 및 응용 기술 개발에 기여할 수 있습니다. 따라서 열역학 제 3법칙은 물리학의 이론으로서의 뿐만 아니라 공학적 응용에 있어서도 중요한 법칙입니다. 이 법칙을 통해 우리는 극한의 저온 환경에서 물질의 행동을 예측하고, 새로운 기술과 소재를 개발하는 데 필요한 이론적 기반을 마련할 수 있습니다.
물리
Q. 자석이 붙는 까닭은 무엇이며 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 자석이 다른 자석이나 자성을 띠는 물질에 작용하는 원리는 주로 자기장(magnetic field)의 존재와 그 상호작용에 기반합니다. 자석은 자기 모멘트(magnetic moment)를 가진 전자의 스핀(spin)과 궤도 운동에 의해 생성된 자기장으로 둘러싸여 있습니다. 이 자기장은 자석의 북극에서 시작하여 남극으로 향하는 선들로 시각화될 수 있으며, 이 선들은 자석의 자기 플럭스(magnetic flux)를 나타냅니다. 자석의 기본적인 상호작용은 동종 극 배척(law of like poles repelling)과 이종 극 인력(law of opposite poles attracting)과 같은 근본적인 자성 원리에 의해 설명될 수 있습니다. 동종 극 배척은 자석의 같은 극(N극과 N극 or S극과 S극)은 서로를 밀어냅니다. 이 현상은 자기장의 벡터(vector)가 반대 방향으로 배열되어 상호 간에힘의 균형을 이루지 못하고, 결과적으로 서로 밀어내는 힘을 생성하기 때문입니다. 반면, 이종 극 인력은 반대로 자석의 서로 다른 극(N극과 S극)은 서로를 끌어당깁니다. 이 경우 자기장의 벡터가 서로를 향해 배열되어, 서로를 당기는힘을 발생시킵니다. 현대의 응용에서 자석은 광범위하게 활용됩니다. 예컨데, 전기 모터(electric motors), 발전기(generators), 하드 드라이브(hard drives), 스피커(speakers) 및 다양한 센서 등이 자석의 이러한 성질을 이용하여 작동합니다. 또한, 의료 분야에서는 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging ; MRI) 기술에 자석이 필수적으로 사용되어 인체의 상세한 이미지를 생성하는 데 기여합니다.
물리
Q. 미사일도 아니고 K9의 포탄이 어떻게 정확하게 목표물을 맞출 수 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. K9 자주포가 포탄을 사용하여 정확하게 목표물을 타격하는 능력은 여러 고도의 기술과 계산, 정교한 조준 시스템에 기반하고 있습니다. K9 자주포는 현대 군사 기술에서 중요한 역할을 하는 대표적인 대포 시스템 중 하나로, 후술하는 방식으로 정확한 타격이 가능합니다 : - 고급 사격 제어 시스템(Fire Control System ; FCS) : K9 자주포는 고급 사격 제어 시스템을 갖추고 있어, 사격 전에 목표의 위치, 거리, 다양한 환경적 요소를 계산합니다. 이 시스템은 자동으로 포탄의 발사 각도와 방향을 조정하여, 목표물에 최대한 정확하게 도달할 수 있도록 합니다. - 탄도 계산 : 사격 제어 시스템은 탄도학적 계산을 통해 포탄의 궤적을 예측합니다. 이 계산에는 포탄의 초기 속도, 중력의 영향, 바람의 방향과 속도, 고도 및 기타 대기 조건이 포함됩니다. 이러한 정보를 바탕으로 포 발사 각도와 포구 속도를 조절함으로써 목표물까지의 최적 궤적을 확보합니다. - 관측 및 조정 : 실제 전투 환경에서 K9 자주포는 전방 관측소나 첨단 감지 장비로부터의 데이터를 통해 추가적인 목표 정보를 수집하고 이를 사격 계획에 반영합니다. 첫 발사 후, 발사된 포탄의 타격 결과를 분석하여 다음 발사의 정확도를 높이기 위한 조정이 이루어질 수 있습니다. - 최신 기술의 적용 : GPS와 같은 위성 항법 시스템, 레이저 거리 측정기, 최신의 통신 장비를 사용하여 실시간으로 데이터를 교환하고 목표 정보를 갱신함으로써, 포탄의 정확도를 극대화 합니다. 위와 같은 복합적인 기술과 절차들은 K9 자주포가 전통적인 포탄을 사용하면서도 높은 정확도를 유지할 수 있게 돕습니다. 현대의 자주포 시스템은 단순한 대포 이상의 역할을 하며, 첨단 기술의 집약체로서 복잡한 전장 환경에서의 요구를 충족시키고 있습니다.