안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
기계공학
Q. 영구자석는 어떻게 만드는지요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.철, 코발트, 니켈 및 가돌리늄과 같은 특정 물질은 강한 자기효과를 나타냅니다. 이런한 물질을 강자성체라고 부릅니다. 희토류의 합금으로 만든 물질 그룹이 또한 강력한 영구자석으로 사용되는 것이 네오디뮴 자석입니다. 철이 자석에 끌리는 것처럼 강자성체 물질은 자석에 강한 반응할 뿐만 아니라 스스로 자화될 수도 있습니다. 즉강자성체는 자기로 유도 되거나 영구자석으로 만들 수 있습니다. 자화되지 않은 철 조각을 두 자석사이에 위치시키고 열을 가한 후 냉각시키거나 단순히 냉각시킬 때 가볍게 두드립니다. 그러면 철은 정렬된 극을 갖는 영구자석이 됩니다.
화학
Q. 술을 마시면 어떠한 원리로 기억을 못하게 되는지 알고싶습니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.술의 주성분인 ‘알코올’은 이러한 기억에 영향을 준다. 적은 양의 술은 뇌의 변연계를 자극해 도파민이라는 신경전달물질을 분비시킨다. 그 결과 우리는 쾌락을 느낄 수 있다. 그러나 과도한 음주는 우리의 기억을 저장하는 해마 신경세포를 손상시키고, 반복적인 과도한 음주는 뇌에 심각한 손상을 준다. 과도한 음주 후에 기억을 잠시 잃는 단기기억 상실은 해마의 신경세포가 손상됐다는 것을 의미한다.
지구과학·천문우주
Q. 무중력 상에서의 물을 마시거나 액체를 다루는 것
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.우리가 일상에서 가장 흔하게 하는 물마시기 또한 우주에선 좀 더 특별할수밖에 없는데요, 컵에 있는 물을 마시기 위해 들고 기울이면 물이 쏟아지는것도 당연히 중력이 있기에 가능한 것입니다. 수많은 물방울이 컵 안에서 합쳐져 있고 쏟아지는것이 중력에 의한 것이니까요. 하지만 우주에서는 물이 담긴 컵을 흔들면 중력에서 자유로운 물방울들이 산산히 흩어져 공중으로 날아오르고 만답니다.우주에서는 빨대를 이용해서 사람의 힘으로 물을 빨아들여 마신다고 해요. 컵을 놓아도 물이 쏟아지지 않고 흔들어도 젤리처럼 움직이는 모양이 무척 재밌죠!
화학
Q. 아이스크림은 왜 냉동실에 얼려도 딱딱해지지 않나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.아이스크림이 부드러운 비결은 첨가하는 성분과 특별한 냉동방식에 있다. 아이스크림을 만들 때는 공기를 조금씩 넣으면서 유화제와 액체를 잘 섞는데 이를 영하 25~28℃의 극저온에서 냉동시키면 미세한 물입자가 동그란 형태로 균일하게 언다. 그래서 아이스크림은 딱딱하게 얼지 않는 것입니다. 그런데 아이스크림이 녹을 때는 유화제와 액체가 분리되고 공기가 빠져나가게 된다. 일반적인 냉동고에서는 공기가 주입되지 않아 유화제와 액체가 섞이지 않는데, 이 상태에서 아이스크림을 다시 얼리면 유화제가 빠져나가 얼음처럼 딱딱하게 얼게 된다.
지구과학·천문우주
Q. 세계에서 가장 강한 강도를 가진 광물과 그의 용도에 대해 알고싶습니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.다이아몬드는 천연 광물 중에 최상급이고 압도적으로 높은 경도를 자랑합니다.모스 굳기계에서 가장 높은 10단계에 위치해 있습니다.이러한 경도가 높은 특성 때문에 다양한 분야에서 다이아몬드 가루는매우 훌륭한 연마재로 사용되고 있습니다. 하지만 철을 포함한 물질을 자르거나연마하는 용도로는 쓰이고 있지 않습니다.다이아몬드 결정 구조는 힘을 잘 분산시켜 압축력에 대한 저항이 강한 특징이 있습니다.다이아몬드의 압축력에 대한 항복강도는 130 - 140 GPa로 높은 값을 기록하고 있습니다.다이아몬드는 충격에 대한 저항, 파쇄에 대한 저항, 열에 대한 저항은 약간 낮습니다.다이아몬드의 인성은 아주 약한 수준은 아니지만 공학적 규모에서는 약한 수준입니다.
지구과학·천문우주
Q. 매직아이는 어떤 원리로 그렇게 보이는 건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.우선 시각에 대한 기본적인 의문부터 해결해 보자. 우리는 멀리 있는 물체와 가까이 있는 물체를 어떻게 구분하게 될까? 그것은 우리가 물체를 바라볼 때 생기는 물체와 두 눈 사이가 이루게 되는 각의 크기로서 구분하게 된다. 즉, 가까이 있는 물체일수록 두 눈 사이의 각이 커지고 멀리 있는 물체일수록 각이 작아지는 것이다. 이것을 뇌가 인식하여 원근을 구분하게 된다.두 눈 사이 각이 커질수록 물체와 거리가 가깝다.동시에 우리의 두 눈은 위치가 다르기 때문에 같은 사물일지라도 실제 두 눈에 보여지는 상에는 차이가 생기게 되는데 이 차이를 양안시차라고 한다. 이 양안시차는 손가락 하나를 두 눈 사이 앞에 두고 양쪽 눈을 번갈아 감고 관찰해 보면 단 번에 알 수 있다.왼쪽 눈과 오른쪽 눈으로 본 사물의 모습은 차이가 난다.그러나 우리는 평소 생활할 때 두 눈이 사물을 다르게 보고 있음을 인식하지 못하고 생활하고 있다. 그럼에도 불구하고 우리 뇌는 두 영상이 아주 조금만 어긋나 있을지라도 그 미묘한 차이를 감지하여 정보를 얻어낼 수 있다. 그리고 얻어진 정보를 상세하게 해석하여 대상까지의 거리나 입체감을 감지하는 것이다.이런 점을 이용해 보는 대상이 비록 평면이라 할지라도 의도적으로 어떤 방법을 사용하여 좌우 눈에 입력되는 영상에 적당한 어긋남을 주게 되면 입체감을 얻을 수 있다. 이것이 3D의 원리이다. 다시 말하면 2차원 평면 영상이 시선 각도의 차이에 의해서 뇌가 '3차원 입체를 보고 있다'고 착각하게 되는 것이다. 입체로 보이는 책, 입체영화등 대부분의 입체 영상물들은 거의 대부분 양안시차를 이용하게 되는데 이 때 중요한 점은 보여 지는 입체 대상물에 양안시차를 갖는 두개의 영상이 포함되어 있거나 초점을 달리하는 같은 그림이 포함되어 있어야한다는 점이다.쉬운 예로 우리가 책을 보다가 잠시 딴 생각에 빠지거나 해서 눈의 초점을 잃어버리면 한 글자가 두 개로 보이는 경우가 있다. 가령 1212121 이라는 숫자가 있다고 할 때 이 글자들을 아무 관심 없이 초점을 잃고 쳐다보면 1이 두 개로 보일 수가 있다. 이 때 두 개로 보이는 1중 하나가 곁에 있는 2와 겹쳐서 흐릿하게 보이게 된다. 그런데 만약 1과 겹쳐진 글자가 2가 아니라 또 다른 1일 때에는 어떨까? 아마 더 또렷하게 보일 것이다. 이렇듯 좌우로 반복되는 그림의 경우 눈이 혼란을 겪어 또렷하게 보이지 않아야 할 위치에서 마치 그림이 있는 것처럼 또렷하게 보일 수가 있는 것이다. 그런데 똑같은 글자가 아니라 왼쪽 눈으로 본 상과 오른쪽 눈으로 본, 약간 다른 두 개의 상을 안쪽 부분만 반 정도 겹치게 시선을 맞추면 그 땐 입체로 보이는 것이다.실제로 매직아이를 자세히 보면 여러 개의 반복된 그림이 나열되어 있는데 매직아이를 만들 때 어떤 적당한 거리에서 배경그림이 나타나도록 그림을 좌우 반복적으로 구성하고 동시에 이보다 더 가까운(또는 먼) 거리에서 어떤 물체의 상이 나타나도록 반복되는 주기를 바꾸어 그림을 구성하여 보는 사람이 특정한 모양이나 상을 입체적으로 느낄 수 있게 한다.
지구과학·천문우주
Q. 명왕성은 왜 행성에서 빠졌나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.명왕성이 태양계에서 퇴출된 이유는 2006년에 국제 천문학 연맹(IAU)에서 새롭게 제정된 행성 분류 기준 때문입니다. 기존에는 태양계 내 9개의 행성으로 명왕성도 포함되어 있었지만, 2005년에 Eris라는 명왕성보다 큰 물체가 발견되면서 이에 대한 분류 기준이 필요해졌습니다. 그 결과 IAU는 2006년 8월에 새로운 기준을 제정하였습니다.이 새로운 기준에 따르면, 행성은 다음 3가지 조건을 모두 만족해야 합니다. 첫째, 태양 주위를 공전하며 태양의 중력으로부터 형성된 천체여야 합니다. 둘째, 자신의 궤도 주위를 정리하여 다른 천체들과 충돌하지 않아야 합니다. 셋째, 충분한 질량과 크기를 가지며, 자신의 중력으로 인해 거의 둥글게 모양이 형성되어 있어야 합니다.하지만 명왕성은 이 중에서 두 번째 조건을 만족하지 못하였습니다. 명왕성은 자신의 궤도 주위를 정리하지 못하고, 이 궤도 주위에는 수많은 작은 천체들이 존재하기 때문에, IAU는 명왕성을 '왜행성(dwarf planet)'으로 분류하였습니다. 이에 따라, 태양계 내 8개의 행성으로 재분류되었으며, 명왕성은 왜행성 중 하나가 되었습니다.
지구과학·천문우주
Q. 안개의 만들어지는 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.야간의 복사 냉각에 의해 발생하는 안개로, 가을 등 고기압권 내에 서 구름이 적은 밤, 10㎛ 정도의 장파장 복사에 의해 지면이 냉각되어, 지면에 접한 기층의 온도가 이슬점 온도 가까이까지 내려가게 되어 안개가 발생하는 원리입니다. 이에 지표면안개, 상층역전층안개, 활승안개, 산곡풍안개 등이 있는데, 복사무라 하기도 합니다.복사냉각은 구름이 없고 바람이 거의 안부는 안정한 대기상태에서 일어나기에 전날 비가 와서 습한 상태에서 바람도 없고, 구름도 없는 밤에 주로 발생합니다. 낮동안 가열되었던 열들이 밤에 다시 우주밖으로 빠져나가는데, 이렇게 복사냉각이 이루어지다가 지표면 온도가 이슬점온도 아래로 냉각되면서 응결되어 발생하는 안개가 바로 복사안개인 것입니다. 대부분 분지지역이나 도시화가 안된 농촌에서 자주 발생하고, 안개 자체는 그렇게 높지 않은데 지상에서는 매우 짙어서 마치 비가 올것처럼 보이기도 합니다만, 복사안개 자체가 맑은 날에 생기는 원리로 낮에 햇빛이 내리쬐서 지표면 온도가 높아지면 소산합니다.
토목공학
Q. 빗소리는 소음인데 들으면 차분해지고 잠도 잘오는건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.빗소리는 백색소음입니다. 백색소음은 전체적으로 일정한 스팩트럼을 가진 소음을 말합니다. 우리가 자동차 소리나 비닐 소리 등등 백색소음에는 저음 중음 고음이 잘 섞여 있는 편입니다. 빗소리에는 저음성분이 비교적 많아서 빗소리를 들은면 뇌파중 저주파인 세타파와 텔타파에 발생에너기가 몰립니다. 인간은 어떤 일에 몰두하거나 잠이 들면 빗소리에 의해서 자율신경을 자극하여 수면 유도 및 성신 건강에도 도움을 준다고 합니다. 이런 영향으로 빗소리는 잠에 도움이 되는 것 같습니다.
토목공학
Q. 바나나 우유는 바나나없이 어떻게 바나나향과 맛을 내나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.식품에 들어가는 향은 식품첨가물 중 천연향료와 합성향료를 사용합니다.천연향료는 딸기 등에서 특정성분을 추출하여 향기를 내게 하는 것인데, 천연적으로 제조한 향료는 향기가 지속되지 않거나 원물의 작황상태에 따라 향기의 강도가 일정하지 않는 단점이 있습니다.반면, 합성향료는 천연물질 또는 조향성분들을 조합하거나 섞은후 방향족 합성물질을 섞어 향기가 잘 퍼도지도록 만들고 있습니다. 각종 합성성분을 혼합하거나 반응을 통해 최상의 향료를 만들 수 있고 천연향료에 비해 가격이 저렴하기 때문에 대부분의 식품제조업체에서 합성향료를 선호하는 편입니다.