Doctor of Public Health 전상훈입니다
화학
Q. 탄산음료에 멘토스를 넣으면 왜 터지는 걸까요?
안녕하세요. 멘토스 캔디는 표면이 매우 거칠고, 미세한 기공이 많습니다. 이러한 표면 구조는 탄산음료에 포함된 이산화탄소 가스의 기포가 형성되는 완벽한 핵 생성 사이트를 제공합니다. 탄산음료는 물에 이산화탄소가 녹아 잇는 상태로, 압력 하에서 안정화되어 있습니다. 병을 열거나 음료를 흔들 때처럼 압력이 감소하면 이산화탄소가 기포 형태로 빠져나오려는 경향이 있습니다. 하지만 기포가 형성되려면 어떤 형태의 핵 생성 사이트가 필요합니다. 멘토스를 탄산음료에 넣으면, 멘토스의 거친 표면에서 대량의 이산화탄소 기포가 급격하게 형성됩니다. 이 기포들은 서로 뭉쳐서 빠르게 상승하면서 음료 내의 다른 이산화탄소도 같이 끌어올립니다. 이 과정에서 음료 병 내의 압력이 급격히 상승하여 음료가 분출하는 현상이 일어납니다.
화학
Q. 헬륨을 마시면 목소리가 변하는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 공기 중에서 소리의 속도는 대략 초당 343미터입니다. 헬륨 가스 중에서 소리의 속도는 약 초당 965미터로, 공기 중보다 거의 세 배 가까이 빠릅니다. 이 차이는 헬륨의 분자량이 질소와 산소로 이루어진 공기의 분자량보다 훨씬 가벼워서 발생합니다. 사람의 목소리는 성대에서 진동하는 공기로 인해 생성됩니다. 성대를 통과한 공기는 목구멍, 입, 그리고 코의 공동을 거치면서 공명(진동이 증폭되는 현상)하게 됩니다. 이러한 공명은 소리의 음색을 결정짓는 중요한 요소입니다. 헬륨을 마시면 성대를 통과하는 공기가 헬륨 가스로 대체됩니다. 헬륨의 낮은 밀도로 인해 소리의 전파 속도가 빨라지고, 이는 공명 주파수를 높여 사람의 목소리를 더 높고 날카롭게 만듭니다. 결과적으로, 평소보다 훨씬 높은 톤으로 목소리가 들리게 되는 것입니다.
물리
Q. 현실세계에서는 허수가 사용되지 않나요??
안녕하세요. 허수는 실제로 현실 세계에서도 매우 중요한 역할을 합니다. 질문자님의 말처럼 눈에 보이거나 측정할 수 있는 물리적 대상은 아니지만, 물리학 뿐만아니라 공학, 수학과 같은 여러 분야에서 허수는 필수적인 도구로 사용됩니다. 교류 전류를 분석할 때 복소수와 허수가 중요한 역할을 합니다. 전기 공학에서는 전류, 전압, 저항 등을 복소수로 표현하여, 이들 사이의 상호 작용을 더 효과적으로 계산하고 이해할 수 있습니다. 복소수의 허수 부분은 위상 각을 나타내는데 사용되며 이는 전기 신호의 시간적인 변화를 설명하는데 필수적입니다. 또한 양자역학의 기본 방정식인 쉬뢰딩거 방정식에서 허수는 핵심적인 역할을 합니다. 이 방정식은 입자의 상태를 설명하는 파동함수를 포함하며, 이 파동함수는 복소수로 표현됩니다. 파동함수의 허수 부분은 입자의 위치와 운동에 대한 중요한 정보를 제공합니다.
물리
Q. 비행기가 음속을 돌파할 때 큰 소리가 납니다.
안녕하세요. 비행기가 음속을 돌파할 때 발생하는 큰 소리는 "음속붕괴" 혹은 "소닉 붐"이라고 불리는 현상입니다. 이는 비행기가 공기 중을 음속(마하 1, 대략 시속 1,235 킬로미터)보다 빠르게 움직이면서 공기 앞에 압력파를 형성하고, 이 압력파가 겹쳐서 강력한 충격파를 만들어 내기 때문입니다. 그 결과, 귀에 들리는 큰 폭발음이 발생합니다.반면, 바다 속에서의 소리는 물의 밀도가 공기보다 훨씬 높기 때문에 다르게 전파됩니다. 물 속에서의 음속은 약 1,500 미터/초로, 공기 중의 음속보다 약 4배 빠릅니다. 만약 어떤 대상이 물 속에서 음속을 초과하여 움직인다면, 이론적으로 "수중 소닉 붐"이 발생할 수 있습니다. 이는 공기 중에서 발생하는 소닉 붐과 유사한 원리로, 물 속에서도 강한 충격파가 형성되어 주변으로 전파됩니다.그러나 실제로는 물 속에서 음속을 초과하는 움직임을 하는 대상은 매우 드뭅니다. 일부 토르피도나 군사적인 수중 발사체가 초음속 속도로 움직이기는 하지만, 일반적인 상황에서는 발생하기 어렵습니다. 또한, 이러한 초음속 움직임이 물리적인 손상이나 생태계에 미치는 영향에 대해서는 추가적인 연구가 필요합니다.
물리
Q. 항공모함에서 비행기가 착륙을 합니다. 활주로가 짧은데 어떻게 속도를 줄여서 착륙을 할 수 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 항공모함의 활주로는 일반 공항의 활주로보다 훨씬 짧기 때문에, 비행기가 안전하게 착륙하고 정지하기 위해서는 어레스팅 훅/와이어라는 특별한 기술과 장치를 이용합니다. 항공모함에 착륙하는 비행기는 일반적으로 꼬리 부분에 어레스팅 훅이라 불리는 특수 훅을 장착하고 있습니다. 이 훅은 비행기가 활주로에 착륙할 때 활주로에 설치된 와이어를 잡아당겨 비행기의 속도를 급격히 줄입니다. 또 항공모함의 활주로에는 여러 개의 가로로 늘어선 와이어가 있으며, 이 와이어들은 비행기의 훅에 의해 잡힐 때 강한 저항력을 발휘하여 비행기를 멈추게 합니다.