Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 쉬우면서도 어려운 과학문제입니다.
안녕하세요. 상추와 삼겹살, 각각 1kg의 무게를 지닌다는 사실은 물리학의 기본적인 원리, 즉 질량 보존의 법칙(Mass Conservation Law)에 따라 무게가 동일하게 측정됩니다. 이는 질량이란 양은 물체가 포함하고 있는 물질의 양을 나타내며, 그 양에 따라 무게가 결정된다는 것을 의미합니다. 따라서 상추와 삼겹살 모두 질량이 1kg일 경우, 그 무게는 필연적으로 같게 됩니다. 한편, 솜 1kg와 돌 1kg을 같은 높이에서 동시에 떨어뜨렸을 때의 상황을 고려하면, 이론적으로 무게가 동일하다 하더라도 물체의 밀도와 공기 저항에 의한 차이가 발생합니다. 뉴턴의 중력 법칙(Newton's Law of Gravity)에 의해 모든 물체는 지구로부터 동일한 가속도(g ≈ 9.81 m/s²)를 받으며 자유 낙하합니다. 그러나, 솜은 상대적으로 큰 부피를 차지하고 공기 저항을 많이 받기 때문에 돌에 비해 떨어지는 속도가 느릴 수 있습니다. 이는 갈릴레이의 실험(Galileo's Experiment)과도 일치하는데, 공기 저항이 없는 진공 상태에서는 두 물체가 동시에 땅에 도달한다는 것을 발견했습니다. 이러한 현상을 이해하기 위해서는 물체의 터미널 속도(Terminal Velocity) 개념도 중요한데, 이는 물체가 자유 낙하 중에 공기 저항과 중력이 균형을 이루어 더 이상 가속되지 않는 최대 낙하 속도를 의미합니다.
생물·생명
Q. 인간은 앞으로 어떻게 진화할까요??
안녕하세요. 인간의 진화는 복잡한 과정으로, 유전학적 변이(genetic variation), 자연 선택(natural selection), 환경적 압박(environmental pressures)이 상호 작용하여 진행됩니다. 진화의 궤적은 예측하기 어려우나 몇 가지 잠재적 경향성은 예상할 수 있습니다. 유전자 변이는 DNA 복제 과정 중 발생하는 돌연변이(mutations)로부터 비롯되며, 이러한 변이는 인간의 표현형(phenotype)에 다양한 변화를 초래할 수 있습니다. 자연 선택은 환경에 더욱 적합한 특성을 가진 개체가 생존하고 번식할 가능성이 높아짐으로써 진행되는 과정입니다. 예를 들어, 기술 발전과 함께 새로운 생활 방식이 요구하는 적응력(adaptability)이 선택의 주된 동인이 될 수 있습니다. 환경 변화는 인간 진화에 결정적인 영향을 미칩니다. 기후 변화, 도시화, 그리고 고도화된 기술 환경은 인간이 직면하는 생존 조건을 재정의하며, 이는 특정 유전적 특성의 보존 및 소실을 이끌 수 있습니다. 예를 들어, 전자기기 사용 증가에 따른 시각적 능력의 변화나, 도시 환경에서의 오염에 대응하는 호흡기능의 진화 등이 예상될 수 있습니다. 또한, 인간 진화의 미래는 인공지능(AI)과 유전공학(genetic engineering) 같은 기술적 진보에 의해서도 크게 영향을 받을 수 있습니다. 이러한 기술들은 자연적인 진화 과정을 인위적으로 가속화할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 결국, 인간의 진화는 자연적 및 인위적 요소들이 상호 작용하는 맥락에서 이해될 필요가 있으며, 이러한 요소들
물리
Q. 에너지가 물질이 되는 경우도 있나요??
안녕하세요. 설명 잘 하셨습니다.^^ 매우 흥미로운 질문해주셔서 감사합니다. 알버트 아인슈타인의 유명한 공식 E=mc² 은 에너지와 질량이 서로 상호 변환이 가능함을 의미합니다. 이 공식은 질량이 에너지로 변환될 수 있음을 나타내는 것 뿐만 아니라, 에너지가 질량으로 변환될 수도 있음을 의미합니다. 에너지가 질량으로 변환되는 현상은 실제로 우주에서 자주 발생합니다. 예를 들어보면, 입자 물리학에서는 고 에너지 입자가 충돌할 때, 그 충돌로 인해 방출된 에너지가 새로운 입자를 형성하기도 합니다. 이를 입자 생성이라고 합니다. 또 다른 예로는 가상 입자와 반입자 쌍이 형성되는 쌍생성(pair production) 과정을 들 수 있습니다. 이 과정에서 높은 에너지의 광자(예 : 감마선)가 물질 근처에서 전자와 양전자의 쌍으로 변환되는 것을 관찰할 수 있습니다. 이렇게 생성된 입자들은 실제 질량을 갖게 됩니다. 천체물리학에서는 별의 핵에서 일어나는 핵융합 과정이 에너지에서 질량으로의 변환을 포함하기도 합니다. 별의 핵에서는 수소 원자가 융합하여 헬륨을 형성하며, 이 과정에서 방출되는 에너지는 별이 빛나게 하는 원천입니다. 이러한 과정에서 방출되는 에너지 일부는 별의 물질을 구성하는 데 사용됩니다. 이처럼, 에너지가 질량으로 변환되는 현상은 자연계에서도 관찰되며, 이는 우주의 기본적인 작동 원리 중 하나로 볼 수 있습니다. 에너지와 질량의 상호 변환 가능성은 현대 물리학의 중심적인 개념 중 하나로, 우주의 다양한 현상을 설명하는 데 필수적인 역할을 합니다.
물리
Q. 핵분열과 핵융합에 대해서 설명부탁드립니다.
안녕하세요. 핵분열(Nuclear Fission)과 핵융합(Nuclear Fusion)은 원자핵의 반응을 통해 에너지를 방출하는 두 가지 근본적으로 다른 과정입니다. 이러한 반응들은 에너지 생산 및 기타 응용 분야에서 중요한 역할을 수행하며, 핵물리학의 핵심 개념들 중 하나입니다. 핵분열은 무거운 원자핵이 하나 이상의 더 작은 원자핵으로 쪼개지는 반응을 말합니다. 이 과정은 특정한 무거운 원자핵(예: 우라늄-235, U²³⁵)이 느린 중성자를 포획하면서 시작됩니다. 중성자가 원자핵에 흡수되면, 해당 원자핵은 과도하게 에너지를 갖게 되어 불안정해집니다. 이 불안정한 상태는 원자핵이 두 개의 더 작은 원자핵으로 분열하면서 에너지를 방출하는 것으로 해소됩니다. 이 과정에서 방출되는 에너지는 엄청나며, 추가 중성자들 또한 방출되어 다른 무거운 원자핵을 활성화시키고 연쇄반응을 일으킬 수 있습니다. 반면, 핵융합은 가벼운 원자핵들이 결합하여 더 무거운 원자핵을 형성하는 과정입니다. 핵융합은 두개의 가벼운 원자[대표적으로 수소의 동위원소인 듀테륨(H²)과 트리튬(H³)]이 고은과 고압의 환경에서 결합하여 헬륨 원자핵(He⁴)을 생성하는 것을 포함합니다. 이 반응 역시 대량의 에너지를 방출하며, 태양과 같은 별들 내붕서 에너지를 생산하는 주된 메커니즘입니다. 핵융합은 매우 높은 온도와 압력이 요구되며, 지구에서 이러한 조건을 구현하기 위한 연구가 현재 진행 중입니다. 이 두 과정 모두 중요한 에너지원으로서의 잠재력을 지니고 있으며, 그 효율성과 안전성을 개선하기 위한 지속적인 연구가 요구됩니다. 무거운 원자핵의 분열과 가벼운 원자핵의 융합을 통해 방출되는 에너지는 원자력 발전의 기초를 이루며, 이를 통해 인류의 에너지 요구를 충족시키는 방법을 모색하고 있습니다.
물리
Q. 비행기가 하늘에서 떠 있을 수 있는 원리는 무엇이 있나요?
안녕하세요. 비행기가 하늘에서 떠 있을 수 잇는 원리는 주로 양력이라고 하는 힘에 기반합니다. 이 양력은 비행기 날개의 특별한 형태와 공기의 움직임을 통해 생성됩니다. 비행기 날개는 앞쪽이 둥글고 뒤쪽이 날카로운 형태를 하고 있으며, 이는 날개 상단의 공기 흐름이 하단보다 빠르게 흐르게 만들어 공기압 차이를 발생시킵니다. 이렇게 날개 위와 아래의 압력 차이로 인해 생성되는 힘이 양력입니다. 비행기의 날개가 공기 중을 통과할 때, 날개의 상단을 지나는 공기는 속도가 빨라져 압력이 낮아지고 하단을 지나는 공기는 상대적으로 속도가 느려 압력이 높아집니다. 이 공기압의 차이가 날개를 위로 밀어 올리는 힘, 즉 양력을 발생시킵니다. 또한, 비행기의 엔진은 추력을 발생시켜 비행기가 앞으로 나아가도록 합니다. 이 추력은 비행기가 지속적으로 앞으로 나아감으로써 공기와 날개가 만나 양력을 계속해서 발생시키는 데 필수적입니다. 실제로 비행기의 무게가 수백 kg에서 수십 톤에 이르는 무거운 물체임에도 불구하고, 이러한 양력이 비행기의 무게를 상쇄하고 추가로 비행기를 하늘로 끌어올릴 수 있을 만큼 충분히 크기 때문에 비행기는 하늘에서 뜰 수 있습니다. 비행기가 뜨는 원리는 베르누이 원리와 뉴턴의 제 3법칙에 따라 과학적으로 설명됩니다. 베르누이 원리는 유체의 속도가 증가하면 그 압력이 감소한다는 원리이며, 뉴턴의 제 3법칙은 모든 행동에는 그와 동등한 반응이 있다는 법칙을 말합니다. 이 두 원리가 결합되어 비행기가 하늘에서 안정적으로 비행할 수 있도록 돕습니다.