안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
물리
Q. 타키온 입자가 빛보다 빠를 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.E=mc^2 라는 식을 보신적이 있을 것입니다. 에너지는 질량 x 속도의 제곱과 같다는 의미입니다. 같은 에너지를 가지고 있을때, 빛의 속도보다 더 빠른 물질이 존재하기 위해서는 질량이 음수이어야합니다.즉, 타키온이 존재하기 위해서는 질량이 음수인 물질이 있어야합니다.물론 아직까지는 빛 보다 빠른 타키온이나 질량이 음수인 물질이 발견되지 않았으며, 이러한 물질이 존재 할 수 있다라는 근거도 발견하지 못하였기에 단순한 가설일 뿐입니다.감사합니다.
물리
Q. 레일리 산란실험 결과에 대한 의문이 있습니다
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.오랫만에 광학 질문이라 반갑네요! 실험하신 결과는 이론에 잘 부합하도록 잘 진행이되었습니다. 질문자님이 약간 헷갈려하시는 부분이 있는것 같습니다. 현재 관찰하는 빛은 ‘산란된 빛’이 아니라 ‘산란되고 남은 빛’입니다. 말씀하신대로 짧은 파장의 빛은 산란되고 긴 파장의 빛은 산란이 잘 되지않기 때문에 긴 파장의 빛이 많이 관측되어 붉은색이 되는 것입니다.감사합니다.
물리
Q. 베르누이의 정리가 적용된 예는 뭐가 있을까요?
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.가장 대표적인 예는 비행기의 양력입니다. 비행기의 날개는 윗면은 유선형이고 아랫면은 평평합니다. 이로인해 날개 윗면은 공기 흐름이 빠르고 아랫면은 공기 흐름이 느립니다. 즉 윗면은 압력이 낮고 아랫면은 압력이 높습니다. 이 압력 차이에 의해서 윗방향으로 힘을 받게되고, 이것을 양력이라고 부릅니다.또 다른 예로는 날개없는 선풍기가 있습니다. 날개없는 선풍기는 몸통부분에 공기를 빨아들이는 FAN이 있습니다. 빨아들인 공기는 원형의 날개 틀에 있는 틈으로 빠져나오는데 이때 공기의 흐름이 빨라서 압력이 줄어듭니다. 압력이 줄어들어서 주변의 공기를 같이 빨아들여서 큰 바람들 만들게 됩니다.베르누이의 법칙은 이 외에도 실생활에 많은 곳에 사용됩니다. 감사합니다.
물리
Q. 얼음이 물위에 뜨는 이유는 뭔지 궁금합니다.
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.어떤 물체가 물에 뜨는지 아닌지를 결정하는 것은 단위부피 당 무게 즉, 밀도가 얼마나 크거나 작은지 입니다.물보다 밀도가 크다면 가라앉고, 물보다 밀도가 작다면 뜨게됩니다.예를 들어 엄청나게 거대한 스티로폼이 있다고 하면 무게가 1톤이 넘어도 물에 뜨게됩니다. 아무리 부피가 크고 무거워도 물 보다 밀도가 작다면 뜨는 것입니다.얼음은 물보다 밀도가 작은 물질입니다. 물분자는 액체 상태일때는 서로 섞여서 조밀조밀하게 배치되어 있지만, 고체상태 일 때는 물 분자간에 특정 거리를 유지하게됩니다. 이 때문에 오히려 얼음이 물보다 밀도가 작은 것입니다.감사합니다.
물리
Q. 소리는 일정하게 퍼지는데 왜 냄새의 분자입자는 불규칙적으로 퍼지나요
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.소리는 파동의 한 형태입니다. 돌멩이를 잔잔한 물(매질)에 던지면 물결이 퍼져나가는 것과 동일하게 공기(매질)를 통해 일정하게 퍼져나갑니다.냄새 분자가 퍼져 나가는 것은 확산현상입니다. 물 속에 잉크를 한방울 떨어트리면 잉크가 퍼져나가는 것과 동일한 현상입니다. 파동은 방향성과 진폭, 주파수 특성을 가지는 전달 형태이기에 일정하게 퍼져나가는 반면, 확산은 특정 분자가 균일하게 퍼지려하는 현상이며 다른 분자들의 운동에 큰 영향을 받기에 불규칙적으로 퍼져나가게 됩니다.감사합니다.
물리
Q. 연결되어 있는 두 물체에서 역학적 에너지가 보존되는 건가요?
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.질문 주신 내용을 듣고 저는 그림과 같이 물체 A와 물체 B가 연결되어 있다고 상상을 하였습니다. 첨부된 그림을 확인해주세요.역학적 에너지 보존이란 물체의 운동에너지와 위치에너지의 합이 일정한 것을 의미합니다.그림에서는 물체 A는 떨어지고 물체 B는 끌려 올라갈 것입니다.(마찰력이 크지 않은 경우)물체 A와 물체 B의 운동에너지는 증가할 것이고, 물체 A의 위치에너지는 줄고 물체 B의 위치에너지는 증가합니다.이때 모든 운동에너지와 위치에너지의 합은 같습니다.조금 더 첨언을 하자면, 모든 에너지는 사라지지 않습니다. 다른 형태의 에너지로 변환 될 뿐입니다. 위에서 다루지는 않았지만 비탈면과 도르래에서도 마찰력이 발생할 것이고, 이때 마찰열이 발생합니다. 이러한 열 또한 에너지의 한 형태입니다.감사합니다.
물리
Q. 핵폭탄이 강력한 이유에 대해 과학적으로 설명해주세요~
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.핵폭탄이 강력한 이유는 다른 폭탄 대비 단위 무게당 생성하는 에너지가 크기 때문입니다.종류에 따라 원리가 다르기만 고전적인 인화성 물질이 탄두에 사용되는 경우, 인화성 물질이 고온에서 산소와 만나며 연소되는 힘을 이용하게됩니다.핵폭탄은 핵분열방식과 핵융합방식 두가지가 있습니다. 핵분열방식은 우라늄235와 특수한 원자들은 중성자와 반응하여 핵분열을하고 이때 엄청난 에너지를 뿜어내게됩니다. 특히 핵분열 과정에서 또다른 중성자를 생성하기 때문에 주면에 다른 우라늄 235 원자들이 있다면 연쇄적으로 폭발하게 됩니다. 핵융합방식은 일명 수소폭탄으로 가벼운 원자들이 합쳐져서 무거운 원자를 형성할때 발생하는 에너지를 이용하는 방식입니다.1945년에 히로시마에 투하한 ‘리틀보이’라는 핵분열폭탄은 일반 TNT 약 14킬로톤이 폭발하는 것과 동일한 폭발력을 지녔었다고 합니다.핵폭탄은 일반 폭탄대비 최소 수천배는 더 강력한 것이죠. 이는 원자들 간의 결합이나 분해시에 엄청난 에너지를 내뿜기 때문에 가능합니다.감사합니다.
물리
Q. 날개 없는 에어컨과 선풍기가 강한 바람을 만들어 내는 원리가 궁금해요~
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.우선 무풍 에어컨과 날개 없는 선풍기가 바람을 만드는 원리가 다릅니다.무풍 에어컨은 안에 날개가 존재합니다. 무풍 모드일때는 날개를 회전시키지 않고, 무풍 모드가 아닐때는 날개를 회전시켜서 바람을 만들어 냅니다.날개 없는 선풍기도 날개는 존재합니다. 선풍기를 지탱해주는 기둥 내에 조그마한 소형 FAN이 장착되어 있습니다. 이 FAN은 외부 공기를 빨아들여 선풍기의 원형 틀에 존재하는 틈으로 바람을 만들어줍니다.이때 바람의 속력이 빨라서 원형 틀 내부에 기압이 낮아지게 됩니다.(베르누이의 법칙 : 공기의 유속이 빠르면 기압이 낮아진다, 비행기가 뜨는 원리와 같음) 원형 틀 내부의 기압이 낮아지므로 주변의 공기들도 빨아들여서 내뿜게 됩니다.감사합니다.
물리
Q. 시간이 느려지면 빛의 속도도 느려지나요?
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.아인슈타인의 이론인 특수상대성이론에 의하면 빛의 속도는 언제나 일정합니다. 따라서 시간을 느리게 만드는 능력자가 있더라도 빛의 속도가 느려지는 것이 아닙니다.속력은 = 거리/시간 으로 보았을때 빛의 속도는 일정한데 시간이 느려진다면 거리 또한 줄어들게 됩니다. 이를 바탕으로 생각해보면 시간을 느리게 만들 수 있다는 것은 길이가 늘어나는 것과 동일한 효과를 가집니다. 즉 시간을 느리게 흐르게 하는 효과는 공간을 팽창시키는 능력과 동일하다고 생각 할 수 있습니다.감사합니다.
물리
Q. 수심이 깊은곳에서 스쿠버다이버들은 갑자기 떠오르면 안되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.일명 잠수병 때문에 그렇습니다. 잠수병이란 수심이 깊은 곳에서는 수압이 높기 때문에 혈액 내에 기체(주로 질소)들이 피 속에 용해(녹아듬)되어 있다가, 물 밖으로 나오면 압력이 낮아져서 기체화가 되고 이 때문에 나타나는 증상들을 잠수병이라고 부릅니다. 혈관 내에 있는 피에서 갑자기 기체화가되어 공기방울을 형성할때 어느 부위나 장기에 영향을 끼치는지에 따라 1형, 2형, 3형으로 나누는데 심각한 경우(3형) 뇌에 영향을 끼쳐 뇌경색까지 이르게 할 수 있습니다.고압에서는 기체를 액체에 녹이는 현상은 일상생활에서도 쉽게 접할 수 있습니다. 바로 탄산수 제조기의 원리와 동일합니다. 탄산수도 물에 이산화탄소를 고압으로 넣어주면 물에 용해되게 됩니다. 이후 뚜껑을 열어두면 탄산수에서 기포가 올라오는 것을 볼 수 있는데, 이 기포가 혈액 내에서 생기는 것이 잠수병이라고 생각하시면 이해하기 쉬울것입니다.감사합니다.