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연날리기를 통해 어떤 물리적인 원리가 작용하며, 연이 공중에서 어떻게 날아다니는지 설명해 주세요.
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.연날리기와 관련해서 '베르누이의 정리'를 접목해볼 수 있습니다. 연의 윗면에 작용하는 압력이 아랫면에 작용하는 압력보다 작기 때문에 연이 위로 올라가는데, 연날리기를 잘하기 위해서는 연의 윗면과 아랫면을 바람이 동시에 지날 때 윗면을 흐르는 바람의 속도가 빨라지면 압력이 감소하는 원리라고 볼 수 있습니다.
학문 / 물리
23.12.10
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하이젠베르크 불확정성의 원리가무엇인가요
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.'하이젠베르크의 불확정성의 원리'란 양자역학에서의 기본적인 원리 중 하나로 입자의 위치와 운동량을 모두 정확하게는 알 수 없다는 원리입니다. 이 원리는 입자의 에너지와 그 에너지가 지속되는 시간에 대해서도 성립합니다. 고전역학에 의하면 전자의 위치와 운동량은 전자가 어떤 상태에 있든지 항상 동시 측정이 가능하다고 생각했습니다. 그 물리량의 측정값이 불확정하다는 것은 측정기술이 불충분한 것이라고 여겼기 때문입니다. 그러나 양자역학의 입장에서는 입자의 위치 x와 운동량 p는 동시에 확정된 값을 가질 수 없고, 쌍방의 불확정성 Δx와 Δp가 ΔxΔp ≥ ħ/2 = h/4π (ħ는 디렉상수, h는 플랑크상수)에 의해 서로 제약되어, 입자의 위치를 정하려고 하면 운동량이 확정되지 않고, 운동량을 정확히 측정하려 하면 위치가 불확정해집니다. ΔxΔp ≥ ħ/2 = h/4π (ħ: 디렉상수, h: 플랑크상수) 이러한 견해는 1927년 하이젠베르크가 발견한 불확정성원리에 의해 정식화되었고, 이 원리의 기본 골격은 입자성을 특징짓는 위치의 확정성과 파동성을 특징짓는 파장의 확정성은 서로 제약을 받고 입자성과 파동성이 서로 공존한다는 것입니다. 양자역학에서는 한 현상을 설명하는 데는 어느 범위 내에서는 입자의 측면에서 보고, 다른 범위 내에서는 파동의 측면에서 봅니다. 여러 물리적 양을 측정한 결과가 반드시 확정된 값을 가지는 것이 아니며, 서로 다른 여러 값이 각각 정해진 확률을 가지고 얻어진다는 것입니다. 따라서 미시적 세계에서 입자의 위치와 운동량은 동시에 확실하게 결정되지 않고, 위치의 불확정성과 운동량의 불확정성에는 불확정성원리가 성립합니다.
학문 / 전기·전자
23.12.10
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소금은 몇 개의 원소로 구성될까요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.원소란 물질을 이루는 기본 성분으로, 화학적인 방법으로 더 이상 다른 물질로 분해되지 않는 성분을 말합니다. 염화나트륨은 염소 한 원자 당 나트륨 한 원자로 구성되어 있으며 이들은 단순히 함께 섞여 있는 것이 아니라 이온결합의 방식으로 결합되어 있습니다. 이때 염화나트륨(NaCl)의 성분원소는 나트륨(Na)와 염소(Cl)이라고 하고, 결합은 Na+과 Cl-이 정전기적 인력에 의해 결합되었다고 말할 수 있으며 총 2종류의 원소에 의한 결합이라고 할 수 있습니다.
학문 / 화학
23.12.09
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명왕성은 왜 태양계 행성에서 제외되었나요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.2006년 국제천문연맹 총회에서 정한 태양계 행성의 기준은 다음과 같습니다. 1.태양의 주위를 공전하는 천체일것, 2. 자체 중력으로 구 형태를 이룰 수 있을 정도의 질량을 가지고있을 것, 3. 궤도 주변의 잡동사니 잔재들을 빨아들일 수있을 정도의 지배력(중력)을 가지고 있을 것. 하지만 명왕성은 궤도가8개의 행성(수금지화목토천해)과는 다르게 긴 타원형으로 돌며 자신의 궤도에서 지배적인 역할을 하지 못한다는 사실을 확인되었습니다. 따라서 2006년 국제천문연맹이 새로 정한 태양계 행성의 기준을 만족시키지 못한다고 판단되어서 결국 행성 자격을 잃게 되었습니다.
학문 / 지구과학·천문우주
23.12.09
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인공위성의 역할은 무엇일까요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.인공위성은 네비게이션, 스마트폰, 일기예보, 군사활동 등 다양한 방면에서 활용되고 있습니다. 통신을 담당하는 인공위성을 통해 휴대폰을 사용할 수있고, 네비게이션에 필요한 위치 정보를 파악할 수 있습니다. 또한, 인공위성 카메라를 통해 지구에 있는 물체를 찍거나 태풍, 비, 구름과 같은 기상현상도 예측할 수 있습니다. 핵실험 여부, 미사일 발사 등 군사정보를 파악하는 것도 인공위성의 중요한 역할 중 하나입니다.
학문 / 지구과학·천문우주
23.12.09
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물은 공유결합으로 옥텟이 만족한 분자아닌가요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.물은 산소와 수소 간의 공유결합에 의해 형성된 분자인데요, 산소와 수소간에 전기음성도 차이가 나기 때문에 산소는 부분적으로 음전하를, 수소는 부분적으로 양전하를 띠고 있는 극성 공유결합을 하고 있습니다. 따라서 옥텟규칙을 만족한 안정한 분자인것은 맞지만 주변에 반대 전하의 물질이 접근할 경우 상호작용할 수 있는데요, NaCl이 물에 녹으면 Na+이온과 Cl-이온 형태로 해리되며, 양전하를 띠는 Na+이온은 물분자의 양전하를 띠는 수소가, Cl-이온은 물분자의 음전하를 띠는 산소가 감싸면서 수화반응이 일어나게 됩니다.
학문 / 화학
23.12.09
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카본 매트의 원리가 어떻게 되나요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.카본매트는 전기 열선 대신에 탄소발열체(탄소피복, 탄소섬유, 탄소섬유코팅)를 사용해 매트를 데우는데, 이 탄소발열체는 전기저항으로 인해 발열되는 특징을 가지고 있으며 이로 인해 따뜻함을 유지할 수 있고 전기장판에 비해 전자파 발생률도 낮습니다.
학문 / 물리
23.12.09
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비가 내리는 날 소리가 더 크게 들리는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.소리는 전달하는 매개체인 공기나 물과 같은 매질의 진동을 통해 멀리 퍼져나가는데, 공기중에서 소리가 전달될 때와 물속에서 소리가 전달될때의 속도는 다르며, 물속에서는 무려 5배정도 더 빠르게 소리가 전달된다고 합니다. 비가 오는 날은 공기중의 습도가 높아지는데 이때 수분이 공기 중의 소리의 전달 속도를 높여줍니다. 소리의 전달속도가 빠르면 그만큼 멀리서 들리는 소리도 빠른 속도로 전달된다고 할 수 있습니다. 또한 비가 오는 날은 공기 중의 기압 상태가 저기압인데 맑은 날은 고기압이라 소리가 위로 퍼지게 되고 비가 오는 날은 저기압이라 소리가 아래로 처지게 됩니다. 따라서 비가 오는 날은에는 소리가 위로 퍼지지 않고 수평으로 더 넓게, 멀리 퍼지며 울리듯이 들려서 평소보다 더 잘 들리게 됩니다.
학문 / 화학
23.12.09
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전자레인지는 누가 개발 했나요?
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.전자레인지는 우연히 개발된 발명품으로, 퍼시 스펜서(1894~1970)가 레이더 장비를 연구하던 중에 전자레인지를 발명하였습니다. 그는 레이더 기계류의 동력 부품 중 하나인 마그네트론 옆에서 잠시 휴식을 취했는데 주머니에 들어 있던 초콜릿 바가 녹아버린 것을 발견하고는 호기심에 다른 여러 물체를 마그네트론 근처에 올려놓고 물체로부터 멀찌감치 서 있었는데, 팝콘이 성공적으로 튀겨졌으며 다음날 아침에는 계란이 익은 것을 확인했습니다. 이후 스펜서는 더욱 효율적인 음식 조리 장치를 디자인하기 시작했고, 1945년 특허를 신청했으며 1946년경 매사추세츠 주 보스턴에 있는 레스토랑에서 시제품 장치를 테스트한 후 곧바로 상업 모델을 제작하게 되었습니다.
학문 / 전기·전자
23.12.09
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헬륨가스를 들이마시면 목소리가 변형되는 과학적 이유가 궁금해요.
안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.헬륨가스를 마셨을 때 목소리가 변조되는 것은 '도날드 덕 효과'라고 불립니다. 헬륨가스로 인해 목소리가 변하는 현상은 밀도의 차이 때문인데요, 보통 공기의 밀도는 29g/제곱센티미터이며 이 때 공기를 통과하는 소리의 속도는 0도일 때 약 331m/s입니다. 하지만 헬륨 가스는 0도일 때 밀도가 4g/제곱센티미터로 공기보다 훨씬 낮습니다. 그렇기 때문에 공기보다 밀도가 낮아 헬륨을 통과하는 소리의 속도가 공기를 통과할 때보다 2.7배가 빨라지게 됩니다. 공기보다 밀도가 낮다는 것을 헬륨을 이루고 있는 물질이 공기보다 덜 뭉쳐있다는 것이고, 따라서 소리가 더 빨리 지나갈 수 있게 됩니다. 이 때문에 성대의 진동수 또한 2.7배로 늘어나면서 평소보다 더 높은 소리를 내게 됩니다.
학문 / 화학
23.12.09
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