Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 양궁, 배드민턴 등에 대한 궁금증이에요.
안녕하세요. 양궁에서 활을 쏠 때, 화살의 속도는 주로 활의 유형과 텐션에 의해 결정됩니다. 리커브 활(recurve bow)과 컴파운드 활(compound bow)은 양궁에서 주로 사용되는 두 가지 유형의 활입니다. 리커브 활을 사용할 경우, 화살의 평균 속도는 대략 초당 45미터 범위에 달하며, 이는 활의 파운드 수(poundage)와 화살의 무게에 따라 달라질 수 있습니다. 컴파운드 활을 사용하는 경우, 화살의 속도는 일반적으로 더 높아져 초당 약 90미터에 이를 수 있습니다. 이러한 높은 속도는 컴파운드 활의 기계적 장치가 제공하는 추가적인 힘 때문입니다. 배드민턴에서 셔틀콕의 속도는 경기의 빠르기와 역동성을 크게 좌우합니다. 공식 경기에서 셔틀콕은 매우 높은 속도에 도달할 수 있으며, 기록적인 경우, 셔틀콕의 속도는 시속 400킬로미터(약 249마일)를 초과할 수 있습니다. 이러한 높은 속도는 선수들이 강력한 스매시를 가할 때 주로 관찰됩니다. 셔틀콕의 속도는 선수의 힘, 스트로크 기술, 셔틀콕의 무게 및 공기 저항 등 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다.
화학
Q. VBT 이론 MOT 이론에 대하여 궁금
안녕하세요. 분자 구조 및 화학 결합을 설명하는 데 있어 원자가 결합 이론(Valence Bond Theory ; VBT)과 분자 궤도함수 이론(Molecular Orbital Theory ; MOT)은 각기 다른 관점에서 중요한 역할을 수행합니다. 원자가 결합 이론은 원자들 사이의 화학 결합은 설명함에 있어서 원자의 원자가 전자들이 직접적으로 상호작용함을 기반으로 합니다. 이 이론은 특히 공유 결합을 형성하는 과정에서 원자들 간의 전자 쌍 공유를 강조하며, 결합 형성 시 원자의 전자 구성이 어떻게 변화하는지를 설명합니다. 예컨데, 수소 분자(H₂)는 각 수소 원자가 하나의 전자를 공유함으로써 안정된 전자쌍을 형성하고, 이는 결합 궤도를 구성하여 분자를 안정화시킵니다. 이 이론은 특히 간단한 분자의 결합 특성을 직관적으로 설명하는 데 유용하며, 하이브리디제이션(hybridization)과 같은 개념을 통해 복잡한 결합 구조를 설명할 수 있습니다. 분자 궤도함수 이론은 분자의 전자 구조를 보다 광범위하게 설명하는 데 초점을 맞추며, 원자 궤도 함수들이 조합되어 분자 궤도함수를 형성한다고 가정합니다. 이 이론에 따르면, 분자 내 전자들은 개별 원자에 국한되지 않고 분자 전체를 통해 분포됩니다. 결합 궤도(σ₁s)와 반결합 궤도(σ₁s*) 같은 개념은 결합의 강도 및 분자의 전체 안정성에 대한 이해를 제공합니다. 예컨데, 분자 산소(O₂)의 경우 파울링(Pauling)과 월코트(Walcott)가 수행한 실험에서 관찰된 반결합 궤도의 존재가 분자의 이중 결합 특성과 자기 성질을 설명하는 데 중요한 역할을 합니다. MOT는 특히 산소나 질소 같은 다원자 분자의 복잡한 전자 구조와 분자의 광학적, 전기적 성질을 설명하는 데 강점을 가지고 있습니다.
화학
Q. 같은 크기와 질량을 가진 참외가 2개있다면 맛이 없는 참외가 있어서 당도가 떨어진다면칼로리도 떨어지나요?
안녕하세요. 칼로리는 에너지의 단위로서, 특히 식품의 에너지 가치를 나타내는 데 사용됩니다. 과일의 칼로리는 주로 그 안에 포함된 탄수화물(carbohydrates), 특히 당류에 의해 결정됩니다. 당도가 높은 과일은 자연히 더 높은 수준의 당류를 포함하고 있기 때문에, 같은 질량의 당도가 낮은 과일에 비해 더 많은 칼로리를 가지게 됩니다. 참외의 경우, 당도가 높은 것은 높은 수준의 당류를 포함하고 있음을 의미합니다. 이러한 당류는 탁수화물로 분류되며, 일반적으로 1그램 당 약 4칼로리의 에너지를 제공합니다. 따라서, 당도가 높은 참외는 당도가 낮은 참외에 비해 단위 무게당 더 많은 칼로리를 함유하고 있을 가능성이 큽니다. 이는 물론 참외가 다른 구성 요소를 얼마나 포함하고 있는지에 따라 다소 차이가 있을 수 있습니다. 소비자 및 영양학자들은 과일 섭취 시 당도를 고려하여 칼로리 섭취를 조절할 수 있습니다. 높은 당도의 과일은 단순히 맛이 더 좋다는 것을 넘어서, 더 많은 에너지를 섭취하게 만들 수 있으므로 칼로리를 제한하는 식단을 유지하고자 하는 사람들에게는 중요한 고려 사항이 될 수 있습니다.
화학
Q. 에너지 보존의 법칙은 어떻게 알아내었나요?
안녕하세요. 초기의 발견은 주로 기계적 에너지(운동 에너지 및 위치 에너지)의 보존에 초점을 맞추었습니다. 고트프리트 빌헬름 라이프니츠(Gottfried Whilhelm Leibniz)는 17세기에 이미 에너지의 형태가 변할 수 있음을 인식하고, 이를 정량화하는 작업을 시도했습니다. 그는 운동 에너지(kinetic energy)와 위치 에너지(potential energy) 간의 변환을 설명하면서 이들이 서로 다른 형태로 전환될 수 있음을 제시했습니다. 19세기에 들어서며 줄리어스 로버트 폰 마이어(Julius Robert von Mayer), 제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule) 그리고 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)와 같은 과학자들은 에너지 보조느이 원칙과 열을 다른 에너지 형태 간의 변환에 적용시켰습니다. 줄은 특히 유명한 실험을 통해 기계적 에너지가 열로 변환될 수 있음을 증명하였으며, 이러한 변환에서도 에너지의 총량이 보존됨을 입증하였습니다. 화학 반응에서의 에너지 변환은 발열 반응(exothermic reaction)과 흡열 반응(endothermic reaction)을 통해 명확히 관찰됩니다. 발열 반응에서는 화학 결합이 형성될 때 에너지가 방출되며, 흡열 반응에서는 화학 결합이 깨질 때 에너지가 흡수됩니다. 이러한 반응들을 통해 과학자들은 화학 에너지와 열 에너지 간의 변환을 연구하였고, 에너지의 보존을 이해하는 데 필수적인 기초 자료를 제공하였습니다.
화학
Q. 화학 반응식에서 원자개수와 분자개수
안녕하세요. 화학 반응식에서 원소의 표기법은 해당 원소의 자연 상태에서의 존재 형태에 깊이 연관되어 있습니다. 이는 각 원소의 화학적 특성과 결합 성향에 기반한 규칙으로 특히 비금속 원소들이 자연 상태에서 이원자 분자(diatomic molecule)로 존재하는 경향에 주목할 필요가 있습니다. 수소(H₂), 산소(O₂), 질소(N₂)와 같은 원소들은 보다 안정된 이원자 분자 형태를 취하는 것이 일반적입니다. 이런 형태는 각 원소가 가진 전자 구성과 분자 내에서의 전자 공유 경향에 의해 결정됩니다. 반면, 금속 원소들은 이와 다른 경향을 보입니다. 금속 원소들은 대부분 단일 원자 형태로 존재하거나 금속 결합을 통해 결정 구조를 형성합니다. 이러한 금속의 특성은 원소가 화학 반응에 참여할 때도 반영됩니다. 철(Fe)을 예로 들어본다면, 자연 상태에서 단일 원자 형태로 존재하며, 화학 반응에서는 '2Fe'와 같이 표기하여 두 개의 철 원자가 반응에 관여함을 나타냅니다. 이는 'Fe₂'라는 표기와는 구별되며 후자는 철 원자 두 개가 특정한 화학적 결합을 이루는 경우에 사용될 것입니다. 산화철(Fe₂O₃)의 환원 반응 예시를 들면, 이 반응은 다음과 같은 화학 방정식으로 표현될 수 있습니다 : Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO 이 반응식에서 '2Fe'는 철 원자 두 개가 생성되었음을 나타내며, 이는 금속 원소인 철이 단일 원자 형태로 반응에 참여한다는 점을 강조합니다. '3C'는 탄소 원자 세 개가 반응에 사용되었음을 의미하며, 탄소가 자연 상태에서 다양한 형태로 존재할 수 있는 것과는 별개로, 여기서는 단순한 원자 형태로 참여하고 있음을 보여줍니다.