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비탈길보다 계단 오르기가 더 힘이 드는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 오르막길이 더 올라가기 힘든이유는 중력에 의해서 우리가 내리막길을 가는 것은 중력과 동일한 방향으로 가기 때문이고 오르막이 더 힘든 이유는 중력에 거슬러서 올라가기 떄문입니다. 그런데 비탈길은 발을 들어서 내리는 경사가 있어서 조금만 내리면 되지만 계단은 정확히 90도를 높이 올리고 다시 그 만큼을 올라가야하니깐 더 힘든 것입니다.
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물리
23.10.18
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중력을 활용한 아이템들이 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 중력이 새로운 에너지원이 될 수 있다는 가능성을 보여준 사례는 ‘그래비티라이트(Gravity Light)라는 램프(lamp)’가 발명품이 있습니다. 전기 공급이 없어도 어두운 밤을 밝힐 수 있는 중력에 의해 빛을 낼 수 있게 설계되었습니다. 그래비티라이트는 의외로 간단한 구조로 이루어져 있습니다. 우선 10kg 정도의 돌이나 모래로 채운 주머니들을 줄을 잡아당기면 올라갔다가 줄을 놓으면 천천히 떨어지도록 설계하고 주머니가 천천히 떨어질 수 있도록 낙하하는 단계마다 톱니바퀴를 장착하여 전기를 생산할 수 있도록 했습니다. 운동에너지가 톱니바퀴를 움직일 때마다 0.1와트(W)의 전기를 생산하게 되는데, 이렇게 생산된 전기가 LED 램프에 전기를 공급하는 것입니다. 주머니를 올리기 위해 줄을 몇 초만 당겼다 놓아도 약 20분 정도 LED 램프로 빛을 낼 수 있는 만큼, 효율이 뛰어난 편이다. 또한 그래비티라이트를 설치할 수 있는 곳이라면 어디든지 가능하며, 배터리도 필요하지 않아서 즉시 사용할 수 있다는 장점을 갖고 있습니다.
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지구과학·천문우주
23.10.18
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인간은 어떻게 맛을 느끼는 것인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 미각 기관인 입에서는 촉각이나 후각을 느낄 수도 있습니다. 입에는 미각 기관인 혀의 유두와 입천장 맨 안쪽의 연구개에 맛을 감지하는 약 3,000~10,000개의 미뢰가 있습니다. 미뢰는 미세포 및 미신경과 연결되어 있어 짠맛, 단맛, 쓴맛, 신맛의 자극을 받아들이는 역할을 합니다. 그런데 유두 중에서 가장 많이 분포하는 모상유두에는 미뢰가 없어서 맛이 아닌 촉각만을 느낍니다. 혓바닥을 자세히 보면 하얗게 돌기가 보이는데, 이것이 모상유두입니다. 우리가 흔히 쓰는 매운맛은 미각이 아니라 실제 매운 음식이 모상유두를 자극해서 생기는 통증이라는 사실, 믿겨지나요? 이것은 고추장을 손등에 발라 놓으면 따가움을 느낄 수 있는 것과 같은 이치입니다. 또한 코와 입은 연결되어 있어서 입 안의 음식의 향은 코의 후각섬모에 분포하는 후각 세포를 자극하기도 합니다. 그래서 만약 감기 때문에 코가 막혀 냄새를 제대로 맡을 수 없다면 음식의 맛 또한 제대로 느낄 수 없게 되지요. 즉, 미각 기관이라고 해서 맛이라는 한 가지 종류의 감각만을 느끼는 것은 아닙니다.출처 : 교육부 - 감각 기관의 종류와 구조
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생물·생명
23.10.18
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물과 탄소는 생명체가 탄생하는데 왜 중요한 건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 일반적으로 탄소원자를 포함하는 생체 분자는 생명체의 근본 토대가 되는 물질입니다. 따라서 탄소가 있다는 것은 외계 생명이 있을 수 있다고 가정이 가능한것이고 또한 이런 탄소기반으로 이루어진 생명체는 액체 상태의 물이 필수적이여서 지구 외의 행성에 액체 물과 탄소가 있으면 생명체가 있을 가능성이 있다고 보는 것입니다.
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생물·생명
23.10.18
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멀리에 있는 태양열로도 굉장히 더운데 실제 태양의 온도는 몇 도인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 태양은 뜨겁고 거대한 가스 덩어리로서 중심부의 온도는 약 1천 5백만K로 높지만 표면 온도는 약 6,000K이다. 지구의 내핵 온도는 약 5,700K로 섭씨 온도로는 5,400°C. 태양의 표면과 맞먹는 수준의 고온이 입니다. 따라서 태양의 표면 온도가 더 높다고 볼수 있습니다.
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지구과학·천문우주
23.10.18
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롤러코스터의 과학적 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 롤러코스 터는 다른 말로 하면 궤도열차라고도 불립니다. 지상에서 공중까지 지지대를 설치하고, 지지대 사이사이에 레일을 연결하여 그 레일 위를 달리는 열차가 바로 궤도열차, 롤러코스터 입니다. 이런 열차를 일정 높이까지 끌어올리고 그럼 위치에너지가 되고 이 열차가 떨어지면서 운동에너지로 바꿔서 열차가 움직이는 것입니다. 레일을 타고 움직이기때문에 레일에서 벗아니지 않고 또한 360도 회전을 해도 구심력과 원심력의 힘이 평형을 이루기 때문입니다. 아래나 밖으로 떨어지지 않습니다.
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지구과학·천문우주
23.10.18
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공기는 왜 지구밖에 없는 것일까요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 지구에 대기가 있어서 공기가 있는 것입니다. 대기는 지구의 인력, 행성의 탈출속도, 그리고 온도 균형떄문에 존재 합니다. 누구나 알고 있듯이 지구상의 모든 물체는 인력으로 인해 지구 방향으로 끌어당겨집니다. 공기 역시 예외가 아닙니다. 따라서 넓게 퍼질 정도로 분자운동이 활발한 기체인 공기를 잡아둘 정도로 인력이 커야만 합니다. 다행히도 지구에는 공기를 가둘 만큼 인력이 크고, 이로 인해 대기가 우주 밖으로 날아가지 않습니다. 하지만 인력의 존재만으로 끄떡없다고 말하기엔 아직 부족합니다. 달과 수성에도 약하지만 인력이 존재하기 때문입니다. 달과 수성에는 과거에 대기가 존재했지만 먼 옛날에 다 도망가 현재는 거의 없는 상태라고 분석하고 있는데요. 그 이유는 행성의 탈출속도와 관련이 있습니다. 행성의 탈출속도란 어떤 물체가 행성의 중력을 이기고, 그 행성을 벗어나기 위해 필요한 최소한의 초기 속도를 뜻합니다. 말 그대로, 행성을 탈출할 때 충분한 속도를 말하는 것입니다. 그렇기 때문에 행성 탈출 속도가 크면 클수록 우주공간으로 도망가기 힘들어집니다. 마지막으로, 온도 균형입니다. 같은 종류의 기체이더라도 온도가 높을수록 평균속도는 빨라집니다. 태양에 가장 가까운 수성은 온도가 높기 때문에 기체 분자들의 평균속도는 매우 빠르겠죠. 거기에 더해, 앞에서 언급 했던 인력도 약하기 때문에 그곳의 공기 분자는 당연히 우주를 향해 빠른 속도로 날아가 버립니다. 수성과 반대로 태양에서 멀리 떨어져 있는 목성은 차가운 데다 인력마저 매우 큰, 두꺼운 대기를 가지고 있습니다. 이와 달리 온도가 너무 높지도 낮지도 않은 지구에서는 대기의 두께 역시 얇지도 두껍지도 않아 적당한 수준을 유지하고 있죠. 그야말로, 온도 균형을 아주 잘 잡고 있는 행성입니다.출처 : 기상청 : 지구의 대기는 왜 날아가지 않을까?
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지구과학·천문우주
23.10.17
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수소 연료 차량에서 가장 우려되는 안전 문제는 무엇인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 수소차가 충돌시 위험하다고 생각하는 이유는 수소폭탄이 같은 수소가 들어가서 입니다. 하지만 수소차에는 자연상태의 수소가 사용되고 수소폭탄은 삼중수소, 중수소가 사용됩니다. 그래서 다른것입니다. 그리고 수소가 폭발하려면 1억도의 온도와 수천 기압의 압력이 있어야합니다. 하지만 수소차의 운전 온도는 섭씨 70도이고 저장용기는 7300t의 무게까지 견딜수 있어서 폭발하기 힘듭니다. 또한 누출로 인해 폭팔가능성은 수소가 밀도가 작아 가벼워서 누출되어도 빠르게 공기중에 확산되어서 폭발이 일어날 가능성은 적다고 합니다. 단지 수소차의 단점은 충전소가 적다는 것 그리고 충전소를 구축하는데 면적이 너무 많이 필요하다는 것입니다.
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화학
23.10.17
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물건에 붙어 있는 바코드는 어떤 원리로 인식을 하는지요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 바코드는 빛의 흡수와 반사 원리를 이용하여서 특정 제품의 특정 인식값을 넣어서 제품의 정보를 가지고 오는 것입니다. 레이저를 비추면 검은색 바코드는 빛을 흡수하고 흰색은 반사하면서 그 빛에 대한 정보룰 받아서 특정 인식값을 정해지면 그 제품에 대한 가격이 나오는 것입키다.
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기계공학
23.10.17
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식물의 공기정화 기능은 어떤 원리로 가능한가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 식물에 의한 공기정화 원리는 첫째, 잎과 뿌리쪽 미생물의 흡수에 의한 오염물질 제거이다. 잎에 흡수 된 오염물질은 광합성의 대사산물로 이용되고, 화분 토양내로 흡수된 것은 뿌리부분의 미생물에 의해 제거된다. 둘째는 음이온, 향, 산소, 수분 등 다양한 식물 방출물질에 의해 실내 환경이 쾌적하게 되는 것이다. 잎에 광량을 높이면 광합성속도가 증가하여 제거능력이 높아지고, 화분에 실내 오염물질을 자 주 처리할수록 뿌리부분에 관련 미생물이 증가하여 제거능력이 우수해진다. 먼지는 직경에 따라 2.5㎛ 미만의 미세입자와 2.5㎛이상의 거대입자로 분류할 수 있다. 인체 건강에 영향을 크게 미치는 것은 미세먼지이다. 미세먼지는 약 20-30㎛ 정도 크기의 식물기공에 의해 직접 흡수 되거나, 잎 표면에 있는 털 등에 흡착되어 제거 된다. 또한 일반적으로 플러스(+)로 대전되어 있 는 미세먼지는 식물에서 발생한 음이온에 의해 제거되기도 한다. 피톤치드(phytoncide)는 식물을 의미하는 피톤(phyton)과 죽인다는 의미를 갖는 치드(cide)의 합성어이다. 허브의 잎 등에서 나는 냄새를 향이라고 부르는 반면에 수목에서의 향은 피톤치드라고 말한다. 향의 효능은 쾌적감과 소취·탈취 효과, 항균·방충 효과로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 성분은 테르 펜류와 같은 휘발성물질과 알칼로이드, 플라보노이드, 페놀성물질 등의 비휘발성물질도 포함한다. 피톤치드의 치드(cide)에서 추측할 수 있듯이 균을 죽이는 항균 효과를 갖고 있어 실내 부유세균의 수를 줄여 실내정화 효과가 있다. 또한 일부 향은 스트레스 호르몬인 코티졸(cortisol)의 농도를 감소시켜 스트레스를 완화 시키는 효과가 있다.출처 : 국립원예특작과학원 - 식물의 실내 정화 원리
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생물·생명
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