안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
전기·전자
Q. 날개없는 선풍기의 원리가 궁금합니다
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.영국의 가전제품 기업, ‘다이슨(Dyson)’ 본사에 가면 이렇게 쓰인 스티커를 볼 수 있다. 127년간 변치 않은 선풍기 방식에 혁신을 가져온 회사다운 문구다. 2009년 이 회사가 만든 ‘날개 없는 선풍기’는 세계를 깜짝 놀라게 했으니까. 이 선풍기는 2010년 1월부터 우리나라에도 상륙해 한여름 무더위를 이길 아이템으로 급부상하고 있다.사실 127년간 날개 있는 선풍기만 봐온 사람들에게 다이슨의 선풍기는 낯설다. 날개도 없이 어떻게 바람을 낸단 말인가? 하지만 다이슨의 창업자 ‘제임스 다이슨(James Dyson)’은 거꾸로 생각했다.“왜 선풍기는 꼭 날개를 써야 하지?”선풍기는 날개가 돌아가기 때문에 바람이 끊기는 경우도 있고, 날개를 분리해야 해 청소하기도 어렵다. 또 아이들이 돌아가는 선풍기에 손가락을 넣는 경우도 있어 위험하기도 하다. 이런 불편함을 없애겠다는 생각은 오랫동안 이어져 온 선풍기의 틀을 깼다.이 선풍기는 동그란 고리 모양의 윗부분과 작은 원기둥으로 이뤄진 아랫부분을 가졌다. 정식 명칭은 ‘에어 멀티플라이어(Air Multiplier)’. 말 그대로 바람을 몇 배나 강하게 만든다는 뜻을 가지고 있다. 바람을 강하게 만드는 원리는 비행기에서 빌려왔다. 원기둥 받침대에는 비행기의 제트엔진 원리가, 고리 모양의 원에서는 비행기 날개 모양이 발견된다.날개 없는 선풍기 ‘에어 멀티플라이어(Air Multiplier)’비행기에 사용되는 제트엔진은 날개를 돌려 바깥 공기를 안으로 빨아들인다. 이 공기가 연료와 섞여 타면 고온의 기체가 나오는데, 이를 밖으로 배출하면서 비행기가 앞으로 가게 된다. 날개 없는 선풍기의 받침대에도 작은 모터와 날개가 들어 있다. 이들이 돌아가면서 바깥에 있는 공기를 빨아들이는 것. 이 선풍기에 사용된 모터는 1초에 약 20ℓ의 공기를 빨아들일 수 있다.받침대에서 빨아들인 공기는 위쪽의 동그란 고리로 올라간다. 여기로 올라간 공기는 시속 88km 정도로 빠르게 흐르다가 고리 안쪽에 있는 작은 틈으로 빠져나오게 돼 있다. 이때 고리 모양 때문에 더 강한 공기 흐름이 만들어지게 된다. 속이 빈 비행기 날개처럼 생긴 고리의 단면이 바람을 몇 배나 강하게 만드는 비밀인 셈이다.날개 없는 선풍기의 원리를 나타낸 그림위쪽 고리의 단면을 살펴보면 비행기 날개 모양과 비슷한 것을 알 수 있다. 고리의 바깥쪽은 평평하게, 안쪽은 둥그렇게 생겨서 고리 안쪽의 기압이 바깥쪽보다 낮아지게 된다.보통 비행기 날개는 윗면이 볼록하고 아랫면이 평평하게 생겼다. 이 때문에 날개 위아래에서 공기가 다른 속도로 흐르게 된다. 윗면의 공기가 아랫면의 공기보다 빠르게 흐르므로 윗면의 기압이 아랫면보다 작아진다. 그래서 비행기 날개가 위로 떠오르는 힘인 양력을 얻게 되는 것이다.날개 없는 선풍기의 고리를 잘라 단면을 보면 고리의 바깥쪽은 평평하고 안쪽은 둥그렇다. 단면만 놓고 본다면 비행기 날개를 뒤집어놓은 모양이다. 비행기 날개에서처럼 공기는 둥근 면에서 더 빠르게 흐르므로 고리 안쪽을 지나는 공기가 바깥쪽보다 빠르다. 고리 안쪽의 틈에서 나온 공기가 빠르게 흘러가면 고리 안쪽의 기압이 바깥쪽보다 낮아진다.공기는 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 고리의 바깥쪽보다 안쪽의 기압이 낮아지면 주변 공기가 고리 안쪽으로 이동하게 된다. 이때 고리를 통과하는 공기의 양은 받침대에서 빨아들인 공기의 양보다 15배 정도 많아지게 된다. 이런 원리로 바람이 만들어지기 때문에 날개 없이도 시원한 바람이 나온다.날개 없는 선풍기가 만드는 바람은 일반 선풍기보다 더 시원하다. 또 일정한 바람의 세기를 만들 수 있다. 날개가 돌아가면서 불규칙한 바람을 만드는 선풍기보다 우수한 점이다. 에어컨을 사용할 때처럼 환경오염 물질을 배출하지 않는 것도 장점이다. 물론 가격은 30~70만 원까지 나가서 에어컨에 맞먹을 정도로 비싸지만 말이다.
지구과학·천문우주
Q. 백야현상이 일어나는 이유는 ?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.백야현상은 위도 66.55° 이상의 고위도 지방에서 한여름에 태양이 지평선 아래로 내려가지 않는 현상이다. 즉, 자정이면 밤이어야 하는데 낮이 계속되는 현상을 말한다.북극권에서는 하지 무렵, 남극권에서는 동지 무렵 일어나며, 양 극점에서는 6개월 동안 지속됩니다. 그러니까 북극점에서는 춘분부터 추분까지는 계속 낮, 추분부터 다음 해 춘분까지는 계속 밤. 지구의 자전축이 공전궤도로부터 23.4˚ 가량 기울었으므로 북반구/남반구의 위도가 66.6˚ 이상인 극권(極圈)에서는, 역시 위도에 따라 기간이 다르긴 하지만, 백야를 볼 수 있습니다.예를 들어 노르웨이의 스발바르 지역은 노르카프보다 더 북쪽에 위치한 이유로 여름철 동안 지평선 아래로 태양이 전혀 지지 않고 높이도 변화되는 일이 별로 없습니다.
물리
Q. 배가 움직이는 작동원리가먼가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.선박의 운동 원리는 똑같이 추진력입니다.우선 선박은 부력을통해서 물에 뜨게됩니다. 이후 엔진을 통한 스크러버를 이용하여 운동능력을 갖게 됩니다.다만 물위에선 우리 자동차처럼 브레이크 밟는다고 바로 멈추지 않는답니다. 따라서 관성을 고려한 조정능력을 필요로하기때문에 도선사분들은 전문가랍니다.
토목공학
Q. 유조선(화물선) 은 왜 조종석이 뒤에 있는지 궁금합니다
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.화물선들의 조종석의 위치가 궁금하시군요!보통 조종석은 시야확보차원에서 Deckhouse 건물 제일 위층에 위치하게 됩니다.그리고 Deckhouse 하부에는 Engine Room 구역과 각종 system들로 연결되어있죠그리고 앞쪽 화물창의 최적배치 등을 고려하여 선미 부분에 위치하게 됩니다.따라서 해당 wheelhouse는 선미부에 배치되게 되는것이죠.하지만 최근 조종석의 위치는 선수부또는 배 중심부에 배치되는 컨테이너 화물선들도 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 사막에 태양광을 설치하지 읺는 이유사 무엇인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.굉장히 좋은 질문입니다. 사막이야말로 그늘한점없는 직상광선을 쪼일수 있는 곳인데요!그이유는 바로 태양광 발전 장비의 모듈과 관련도 있습니다. 왜냐하면 최적의 발전 온도가 25내외로 알려져있는데요.사막의 경우 평균 40도를 웃도니 발열량이 엄청나겠죠?? 게다가 엄청난 모래폭풍도 일어나는곳이라, 시설 관리에 어려움이 있을것이에요.그래서 사막에 발전 투자가 일어나지 않는것으로 보이네요!
생물·생명
Q. 공기를 정화시켜주는 식물에는 어떤 게 있나요
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.공기 정화 식물 BEST 5미국항공우주국(NASA)에서는 우주 공간에서 완전히 밀폐된 우주선 안의 공기를 정화시키기 위한 방법을 연구하고 있었어요. 15년 이상 연구한 결과 우주선의 공기를 맑게 하기 위해 식물을 활용하기로 했답니다. 인체에 해로운 오염 물질이 있는 밀폐된 공간에 12개 정도의 식물을 넣어두었더니 24시간 내에 80%의 포름알데히드, 벤젠, 일산화탄소와 같은 실내 공기오염 물질들이 제거되었기 때문이지요. 이렇게 나사의 실험을 거쳐 탄생한 공기정화식물 BEST 5를 만나 볼까요?아레카야자는 야자 중에서도 가장 품질이 뛰어나고 실내에서도 잘 자라요. 특히 약 1.8m 아레카야자의 경우 24시간에 1리터의 수분을 증산작용으로 뿜어내 아주 좋은 천연 가습기 역할도 한답니다.관음죽은 일본 관음산에서 자라는 부채 모양 잎을 가진 식물을 말해요. 관음죽은 공기 정화 능력이 탁월할 뿐 아니라 병충해에 강해 키우기도 쉬워요. 특히 암모니아를 잘 흡수해 화장실에 두면 효과적이랍니다.대나무야자는 대나무 모양의 줄기들이 모여 하나의 형태를 이루며 최대 1.8m까지 큰다고 해요. 실내 습도를 높이고 벤젠, 포름알데히드 등을 제거하는 능력이 우수해서 새집 증후군 예방에 아주 좋다고 합니다.인도고무나무는 공기 중에 있는 유독 가스를 잘 흡수하고 머리를 맑게 하는 효과가 있어요. 햇빛이 잘 들고 바람이 잘 통하는 곳에서 기르면 아주 잘 자란답니다. 넓은 잎 크기만큼 공기 정화 능력도 탁월해요.드라세나 자넷 크레이그는 레몬라임 또는 황금죽이라고 부르기도 해요. 실내의 휘발성 유해 물질 중 트리클로로에틸렌을 잘 제거하는 식물로 유명하지요. 추위와 직사광선만 주의하면 집에서도 키우기 좋은 식물이에요.
지구과학·천문우주
Q. 달을 이용하는 것은 먼저가서 개발하면 되는 건가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.달의 점유는 인류 누구에게도 아직 없는것으로 알고 있습니다.다만 달에 도달하여 그곳을 개척할수 있는 기술력의 차이가 있는것이죠.그래서 과학 기술이 앞선 미국,러시아,중국 같은 국가들이 수시로 위성을 쏘아대는 이유가 그것으로 알고 있습니다.우리나라도 위성을 발사하고 있지요?? 우주분야의 선진국 반열에 오르길 응원합니다.
화학
Q. 피는 어디에서 생성되는 것인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.피는 보통 뼈 안의 골수에 들어 있는 '조혈모세포'는 혈액의 주성분을 제조됩니다. 여기서 제작된 혈구들은 일정기간 신체를 순환하며 기능을 하다가, 수명이 다해 상태가 안 좋아지면 비장에서 파괴됩니다.대개 한 달 안에 대부분 파괴되어 새로운 피가 다시 만들어집니다.이 한 달이라는 기간에는 개인차가 있어, 선천적 내지는 잦은 운동 등으로 심박출량이 높아 피가 더 자주 순환할수록 적혈구가 더 빠르게 파괴되고 빠르게 보충됩니다. 따라서 평소 운동을 하지 않던 사람은 몸속에 오래된 적혈구의 비율이 높고 파괴되는 속도가 재생하는 속도보다 빨라져 빈혈이 일어날 수 있습니다.
물리
Q. 방탄복이 총알을 막는 원리는 뭔가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.쉽게 말해 총알은 회전을 하며 날라가는데 이 회전을 방해를 하게 섬유를 거미줄처럼 촘촘하고 강도가 좋은 섬유제질인 케블라가 발명이 됩니다. 이 케블라 섬유는 강철보다 5배 이상 강하고 질긴 제질 인데 이 케블라를 바탕으로 총알의 회전을 조직이 촘촘하고 강한 케블라 섬유로 이 회전을 방해하여 총알을 잡아 내는겁니다. 하지만 케블라 섬유로 권총탄까지는 잡아낼수 있지만 소총탄 같은 5.56~7.62mm 총탄은 방어가 불가능 해 케블라 섬유로 제작된 방탄복에 티타늄이나 세라믹 혹은 강철로 된 방탄 판을 추가로 삽입해 권총탄과 소총탄을 모두 막아낼수 있습니다. 하지만 총알은 막아낼뿐 그 충격은 막아낼수 없어 충격으로 심한 타박상과 갈비뼈등이 부러지는 경우가 상당합니다.
물리
Q. 부메랑이 다시 돌아 오는 원리?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.사랑은 돌아오는 것.이라는 말이 있듯이부메랑을 던지는 사람이 부메랑을 사랑해서 돌아오는 것입니다.부메랑이 돌아오는 원리 '양력'의 원리로 돌아옵니다.부메랑을 자세히보시면 위아래 모두 평평하지않고 위쪽이 살짝 볼록하게 만들어집니다.그 상태에서 부메랑을 던지게 되면 아래로 지나가는 공기보다 위로 지나가는 공기의 속도가 빨라집니다.이때 아래 공기가 윗 공기를 밀면서 양력이 생깁니다.또한 윗 날개와 아랫날개에 가해지는 힘의 양이 달라 힘이 균형이 깨지면서 한쪽으로 기울게 되는 것이고, 한쪽으로 기울어진 부메랑이 회전하면서 반대쪽으로 돌아오는 원리입니다. 이를 세차운동이라고 합니다!