안녕하세요~과학전문가 조인철입니다.
물리
Q. 자전거가 달리면 넘어지지 않는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.자전거가 달릴 때 넘어지지 않는 이유는 진동 안정성 혹은 자기 안정성이라고 부르는 물리 원리 때문입니다. 이는 자전거 바퀴가 회전할 때 발생하는 회전운동과, 자전거의 질량 중심이 위치한 중력이 서로 상호작용하여 자전거를 안정시키는 원리입니다.자전거 바퀴가 회전하는 동안, 바퀴의 중심선은 일정한 경로를 따릅니다. 이 경로를 따라서 전진하는 자전거는 바퀴가 닿는 지면에서 일정한 힘을 받게 됩니다. 이 힘은 중력과 마찰력이 작용하여 자전거를 안정시키는 원리입니다.
화학
Q. 디카페인커피는 일반커피와 달리 많이 먹어도 몸에 부작용이 없을까요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.디카페인 커피는 일반 커피보다는 카페인 함량이 적은 커피이지만, 부작용이 없는 것은 아닙니다. 디카페인 커피는 카페인 함량이 적기 때문에 일반 커피처럼 심장 박동 수를 증가시키거나 혈압을 높이는 효과가 적습니다. 그러나, 디카페인 커피도 여전히 카페인이 함유되어 있어서 과도한 섭취는 부작용을 일으킬 수 있습니다. 카페인 섭취량과 부작용의 관계는 개인차가 크기 때문에, 같은 양의 카페인을 마셔도 부작용이 나타나지 않는 사람도 있고, 부작용이 나타날 수 있는 사람도 있습니다. 일반적으로, 하루 카페인 섭취량은 400mg 이하로 권장됩니다. 카페인 섭취량이 많을 경우, 불면증, 두통, 심장 박동 수 증가, 소화 불량 등의 부작용이 발생할 수 있습니다. 그러므로, 디카페인 커피도 적당한 양으로 섭취하는 것이 좋습니다.
화학
Q. 온실가스가 어디에서 뿜어나오고 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.온실가스는 지구 대기 중에서 열을 가두어 지구 온도를 높이는 기체입니다. 대표적인 온실가스로는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 이산화질소(N2O), 인산화물 등이 있습니다. 이러한 온실가스들은 자연적으로 발생할 수 있지만, 인간의 활동에 의해 대량으로 생성되고 배출되고 있습니다.이산화탄소(CO2) 는 주로 화석연료를 연소하는 과정에서 발생합니다. 자동차, 공장, 가정 등에서도 배출됩니다. 산림벌채, 목재제품 생산, 대기오염 등의 인간 활동에 의해 숲이 감소하고 이로 인해 CO2가 배출되는 것도 큰 원인 중 하나입니다.메탄(CH4)은 혐기성 분해를 통해 동물 똥 등에서 발생합니다. 자연적으로도 습지, 산지 등에서 생성됩니다.이산화질소(N2O)는 화학비료, 산림벌채, 산업 프로세스, 자동차 배기 등에서 배출됩니다.인산화물은 농업에서 사용되는 비료의 일부로 발생합니다.이러한 온실가스들은 지구 온도 상승에 큰 영향을 미치며, 지구 기후 변화에도 큰 영향을 미칩니다. 따라서, 온실가스 배출을 줄이기 위해 지속 가능한 에너지 생산과 소비, 대중 교통 이용 촉진, 산림 보전 및 식생확대 등이 필요합니다.
화학
Q. 끓는 기름에 얼음을 넣었을 때 나타나는 반응은 어떤 원리인가요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.끓는 기름에 얼음을 넣으면 기름에서 작은 폭발 소리가 발생합니다. 이는 끓는 기름과 얼음이 반응하여 기름이 폭발적으로 튀기 때문입니다. 이러한 반응은 물과 기름 사이의 반응과는 다릅니다.기름이 끓을 때, 기름은 뜨거워져서 물과 같은 다른 물질과는 다르게 열 팽창 계수가 크기 때문에, 얼음과 같은 물질을 넣으면 그 차이로 인해 기름이 폭발적으로 튀게 됩니다. 이러한 현상은 물과 기름이 섞이는 것보다는 물과 기름 사이에 끼어 있는 공기와 기름 분자가 반응하여 발생합니다.그러나, 끓는 기름에 얼음을 넣는 것은 매우 위험합니다. 튀는 기름이 인체에 노출되면 화상을 입을 수 있으며, 끓는 기름은 불이 나는 위험이 있습니다. 따라서, 끓는 기름에 얼음을 넣는 것은 절대로 시도하지 말아야 합니다.
전기·전자
Q. 지금까지 개발한 것 중에서 가장 효율적으로 에너지를 만드는 발전기는 무엇인가요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.현재까지는 가장 효율적으로 에너지를 만드는 발전기는 가스터빈 발전기라고 생각합니다. 가스터빈 발전기는 고온 고압 가스가 회전하는 터빈을 구동하여 전기를 생산합니다. 이러한 고온 고압 가스는 가스 발전소에서 천연가스, LNG, 석유 등의 화석 연료를 연소시켜 생성합니다.가스터빈 발전기는 높은 효율성과 빠른 기동성, 저 배출량의 이점을 가지고 있습니다. 가스 발전소에서는 천연가스와 같은 화석 연료를 사용하여 전기를 생산할 수 있으며, 이에 따라 대기오염물질의 배출량도 상대적으로 낮아집니다. 또한, 가스터빈 발전기는 다른 발전소와 비교하여 기동이 빠르며, 이에 따라 전력 수급의 유연성을 가집니다.하지만 화석 연료를 사용하므로 지속 가능한 에너지 생산에는 한계가 있습니다. 따라서, 앞으로는 더욱 친환경적이고 지속 가능한 에너지 생산 기술의 개발과 보급이 필요합니다.
화학
Q. 탄산수의 탄산은 어떻게 만드는건가요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.탄산은 이산화탄소(CO2)가 물(H2O)과 반응하여 생성됩니다. 이산화탄소는 물에 녹아서 탄산(H2CO3)을 형성합니다. 이산화탄소는 탄산으로 반응하면서 산성 환경을 만들어줍니다. 탄산은 불안정한 물질로, 열, 압력, 기계적 충격 등의 자극을 받으면 이산화탄소와 물로 분해됩니다. 탄산음료 병에는 이산화탄소가 포함된 가스가 물 속에 용해되어 있습니다. 병뚜껑이 닫혀 있으면 가스는 물 속에 녹아서 용해되어 있고, 이상적인 조건에서는 탄산의 분해가 일어나지 않습니다. 그러나 병뚜껑을 열면 병 내부의 압력이 낮아지면서 이산화탄소가 분해되어 탄산이 사라집니다. 또한, 온도가 높거나 기계적 충격이 가해지면 탄산 분해 반응이 촉진되어 탄산이 사라질 가능성이 높아집니다.병뚜껑을 땄을 때 탄산의 유지 여부는 병 내부의 압력과 온도, 기계적 충격 등의 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로는 병뚜껑을 열면 탄산이 점점 사라져서 맛이 달라지거나 사라지게 됩니다.
기계공학
Q. 제조사에서는 IEC 61000-4-2 표준 test를 한다는데, IEC가 무엇인가요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.IEC는 국제 전기 기술 위원회(International Electrotechnical Commission)의 약자입니다. IEC는 전기, 전자 및 정보 기술 분야에서 국제적으로 수용 가능한 표준을 만들고 유지 관리하는 비영리 국제 기구입니다.IEC 61000은 전자 제품의 전자기적 호환성(EMC)에 대한 국제 표준 시리즈 중 하나로 전자 기기 및 시스템이 전기적 노이즈, 간섭 및 기타 전자적 문제로부터 안전하게 작동할 수 있도록 보장하기 위한 국제 표준을 제공합니다.IEC 61000은 전자 기기 및 시스템의 EMC에 대한 다양한 요구 사항을 다룹니다. IEC 61000은 전자 기기 및 시스템의 방사 및 수용 성능, 전기적 노이즈 및 간섭 제어, 지하철 및 철도 전기 기기의 EMC 요구 사항 등을 다룹니다. 이러한 요구 사항은 전자 제품의 안전하고 정확한 작동을 보장하기 위해 필수적입니다.
전기·전자
Q. 가우스의법칙에 관하여 질문드립니다.
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.가우스 법칙은 전기장의 분포와 전하의 분포를 이용하여 전기장을 계산하는 방법 중 하나입니다. 일상적인 가우스 법칙의 예시로는 전기 용량기가 있습니다. 전기 용량기는 금속 판 사이에 전기를 저장하는 기기로, 전기장이 공간 내에서 일정하게 분포되어 있다는 가우스 법칙을 이용하여 용량을 계산합니다.전기 용량기에서는 금속 판 사이에 전기를 저장하기 위해 전하가 축적됩니다. 이때, 전하의 분포와 전기장의 분포를 고려하여 가우스 법칙을 적용하면 용량을 계산할 수 있습니다. 전기 용량기의 금속 판 사이에 가우스 표면을 설정하고, 이 가우스 표면 내부의 전기장을 측정한 후, 가우스 법칙을 이용하여 전하 양과 용량을 계산할 수 있습니다.
전기·전자
Q. 비눗방울이 두께는 얼마나 되는지 알고 싶어요
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.비눗방울의 두께는 여러 가지 요인에 따라 다양합니다. 비눗방울의 크기와 두께는 주로 표면장력과 내부압력의 균형에 의해 결정됩니다. 비눗방울의 표면은 가능한 작은 면적을 가지려고 하며, 내부압력은 비눗방울의 크기를 결정합니다.일반적으로, 비눗방울의 지름이 작을수록 두께가 얇아집니다. 대략적으로 지름이 1mm 이하인 비눗방울의 두께는 약 0.1mm 정도이며, 지름이 1cm 이상인 비눗방울의 두께는 약 1mm 정도입니다.
토목공학
Q. 하이퍼튜브의 기본원리는 무엇인지요?
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.하이퍼튜브는 일종의 초고속 교통수단으로, 고속열차와 비슷한 원리로 동작합니다. 하이퍼튜브의 기본 원리는 진공관 내부를 이용한 공기저항 감소 및 마그네틱 리빙을 통한 전진력 증대입니다.먼저, 하이퍼튜브 내부는 진공관으로 구성되어 있습니다. 이렇게 진공 상태로 만들면 공기저항이 거의 없어지기 때문에, 고속으로 이동할 때 발생하는 공기저항을 크게 감소시킬 수 있습니다. 이는 하이퍼튜브가 고속으로 이동할 수 있는 핵심적인 기술입니다.또한, 하이퍼튜브는 마그네틱 리빙이라는 기술을 적용하여 전진력을 증대시킵니다. 마그네틱 리빙은 전자기장을 이용하여 차량을 지지하는 원리로, 차량과 레일 사이에 일종의 자기장을 형성하여 차량이 부유하도록 만듭니다. 이렇게 하면 차량과 레일 사이의 마찰력이 거의 없어지기 때문에, 전진력이 크게 증대됩니다. 또한, 하이퍼튜브는 이 기술을 이용하여 차량을 안정적으로 운행시킬 수 있습니다.이러한 기술들을 결합하여 하이퍼튜브는 매우 빠른 속도로 이동할 수 있습니다. 일반적인 고속열차의 경우 최대 속도가 약 400km/h 정도이지만, 하이퍼튜브는 최대 속도가 1,200km/h를 넘을 수 있다고 예상됩니다. 이는 하이퍼튜브가 혁신적인 대중교통 수단으로 주목받고 있는 이유 중 하나입니다.