안녕하세요 김도현 전문가입니다.
토목공학
Q. 콘크리트는 누가 만들었나요??
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.상당히 원초적이면서도 또한 어디까지 답해야 할지 심도가 상당히 깊은 질문입니다.정확히 표현하자면 콘크리트의 발견 이전 시멘트의 발견이라고 해야겠네요. 콘크리트는 어차피 시멘트에 모래, 자갈같은 흔한 골재를 섞어 물로 굳히는 거니까요.장황한 설명 생략하고 예시를 들어보겠습니다.1. 이집트 피라미드2. 로마 판테온신전과 콜로세움이 유명한 건축물들을 보시면 짐작하셨겠지만 시멘트의 발견은 기원전으로 거슬러올라가야합니다.현대 콘크리트 구조와 유사한 건축물은 주로 로마시대의 것이라고 알고있는데요. 그에 따른 공법 또한 상당히 발달되었었다고 전해집니다.아직까지 콘크리트가 사용되는 이유는...실무자로서 느끼기에도 조달이 쉽고, 강하며, 건축물 축조에 용이한 다른 대체재를 찾을 수 없기때문이 아닐까 생각합니다.
화학
Q. 지붕 단열재료 중 유리섬유와 미네랄울..
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.단열재의 종류가 정말 많고 그 쓰임새도 다양합니다. 이 중 질문자님이 질문의 요지를 본다면 단열성과 불연성을 생각해야 합니다.기본적으로는 이 두가지의 성능은 별개로 상관관계는 적다고 보입니다. 미네랄 울은 무기질의 불연재료 덩어리이고 유리섬유는 말그대로 유리이니 잘 타지 않는것이지요.그 다음 단열성능은 도체의 전도율이 그 성능을 좌우하는데 여기서 가장 중요한 것이 공기층입니다. 의외로 가장 효율적인 단열재는 크지않은 적절한 양의 공기입니다. 이 두 재료 모두 미세한 섬유 사이에 공기층을 형성하면서 단열성능을 발휘하는 것입니다.
토목공학
Q. 물에 오랫동안 있으면 왜 손이 쭈글쭈글해지나요?
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.연구결과에 의하면 오랫동안 물속에 있을 시 뇌가 이를 감지하고 '손,발이 미끄럽지 않게 마찰력을 높이도록 표면에 요철을 형성하는 일종의 진화' 라고 합니다.고로 물이 묻은 물건도 쉽게 잡을 수 있게 되는거죠.
토목공학
Q. 건물을 더 높게 지으려면 어떤 기술력이 필요한가요?
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.소위 마천마로 일컫는 초고층 건축물은 그 한계가없다싶을 정도로 발전된 기술력을 보여주고 있죠.건물을 높게 짓기위한 기술로는 두가지 측면에서 생각해봐야할 것 같습니다.1. 시공성 측면일단 높게 축조할 수 있어야 합니다. 그 말이 무엇인가 하니 다 짓고나서 지진이나 바람에 버티느냐 이전에 과연 이 높이까지 온전히 시공을 할 수 있느냐가 우선이라는 것입니다. 일반적인 경험이 많은 건축물과 달리 초고층의 경우 설계계획 단계에서 시공성이 문제가 되는 부분은 대부분 수정이 된다는것을 이해하시면 될것 같습니다.여기에는 크레인과 같은 양중기법, 콘크리트를 위로 올려보내는 압송기법, 인력과 자재를 운반하는 승강기의 종류 및 운송능력 등 수많은 요건들이 있고, 시공자는 더욱 발달된 기술력을 요구하고 선택함으로써 기술력이 증진되는 시너지를 일으키게 되는것입니다. 기술의 발전도 그 수요가 있어야만 가능합니다.2.사용성 측면시공이 가능하다는 것이 확인되었다면 이제 구조해석 프로그램에 의하여 구조물이 온전히 그 높이에서 서있을 수 있는지 확인하고, 이 단계에서 면진기초, 제진장치, 가새구조, 아웃트리거 등 횡변위를 해결할 수 있는 첨단기술력들이 적용되게 됩니다.
토목공학
Q. 출렁다리는 어떻게 끊어지지않고 출렁거리나요?
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.출렁다리는 보통 케이블 구조로 되어있습니다. 양쪽 끝이 고정기둥에 단단히 묶여있지만 케이블 자체는 움직이죠. 케이블은 압축, 휨 응력은 없고 오직 인장력, 즉 당기는 힘에 의해 버팁니다. 그러니 아래 위로 출렁거려도 당기는 힘이 올라간 하중(사람), 거기에 움직이는 하중을 더한 힘보다 크면 지탱할 수 있는 원리입니다.참고로 인천대교와 같은 현수구조의 교량도 같은 원리입니다.
토목공학
Q. 건물을 높게 지어도 안무너지는이유!!
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.고층건축물 이상의 건축물들은 흔히 이야기하는 고정하중 이외에 활하중, 특히 대표적인 횡하중인 풍하중(W)과 지진하중(E)에 큰 영향을 받습니다. 건축구조 역시 상당한 전문지식이 필요하므로 최대한 간단히 말씀드리자면, 먼저 풍하중에서 바람은 고도마다 그 성질이 달라집니다. 이를 '풍속고도분포지수'와 같은 지수로서 환산하여 건축물에 적용하고 그 안전성을 예측하여 최대한 '안전'측으로 내력을 확보합니다. 지진하중 역시 마찬가지로 지반의 진동을 건축물에 적용했을 때 건축물의 움직임을 '모드해석'을 통하여 예측하고 역시 '안전'영역에 들어가는지 확인합니다. 내력을 확보하는 방법은 건축물을 튼튼하게 해주는 방법으로 'Outrigger system' 등이 있겠으며, 건축물의 흔들림을 제어할 수 있는 방법으로 'Damper system' 등이 있겠습니다. 건축도 여타 과학기술분야와 마찬가지로 계속해서 연구하고 실험하여 안전성과 경제성 증진을 도모하고 있는 대표적인 과학분야입니다. 앞으로 좀 더 구체적인 질문이 있으면 좀 더 전문적인 답변을 할 수 있는 기회가 있기를 바랍니다.
생물·생명
Q. 엘리베이터 추락직전 점프하면 죽나요?
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.저 역시 어릴 때부터 한 번씩 질문과 같은 상상을 하곤 했습니다. 경험을 할 수 없어서 더욱 호기심이 생기는지도 모르지요.물리학과 역학이 이 동심을 깨버리는 건 아닌지 걱정입니다. ㅎㅎ결론부터 말씀드리면 엘레베이터 추락 시 엘레베에터 카와 탑승자가 이론 상 동시에 떨어지기 때문에 점프 자체를 할 기회가 없습니다.점프를 한다는 것이 바닥을 밀어내는 힘(반력)이 존재해야 뛰어오르는 힘이 존재하는데 반력이 0인거입니다.즉, F=ma=mg 이기 때문에 떨어지는 속도는 질량과는 관계가 없습니다. 물론 힘은 질량에 비례하죠.좀 더 자세히...1/2*m1(엘레베이터)*v1(엘레베이터 속도)^2 = m1*g*h ---> v1=(2*g*h)^0.51/2*m2(탑승자)*v2(탑승자 속도)^2 = m2*g*h ---> v2=(2*g*h)^0.5 (같은 결과)질량과 속도가 무관하므로 같이 추락하게 되고, 위에 설명드렸듯 바닥을 박차고 오를 반력이 발생하지 않기때문에 바닥에 곧바로 추락한 것과 똑같은 충격을 탑승자가 받게 되는 것입니다. 기회조차 주지 않는다니...슬프네요. 살 수 있을 줄 알았는데...
지구과학·천문우주
Q. 동굴은 어떤원리로 만들어지나요?
안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.동굴은 형성과정, 암석의 종류에 따라 전문적으로는 매우 많은 분류가 있습니다.하지만 국내 동굴의 경우 크게 석회동굴, 용암동굴, 해식동굴이 대표적입니다.석회동굴은 주성분이 탄산칼슘CaCO₃인 석회암이 만들어진 이후, 탄산H₂CO₃을 포함한 지하수H₂O와 반응하여 중탄산칼슘Ca(HCO₃)₂으로 변하면서 석회암이 녹아 없어지게 되는(용식작용) 간단한 원리로 이루어집니다. 말 그대로 지구가 숨 쉬면서 생긴 작은 형태의 구멍이라고 이해할 수 있겠습니다.화산동굴의 한 종류인 용암동굴은 마그마가 지각을 뚫고 지표로 흘러 나왔을 때 용암의 표면은 먼저 식어 굳어지고 내부의 굳지 않은 용암은 계속 흘러내려 빠지게 되면, 굳은 용암층 내부에 동굴이 형성됩니다. 마지막으로 해식동굴은 말 그대로 파도의 반복적인 마찰에 의해서 약한 쪽의 지반이 연속적으로 침식되면서 형성되는 동굴입니다.