안녕하세요 이주성 전문가입니다.
Q. 열화상카메라는 어떤 원리로 열을 측정하나요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.절대 온도 이상의 온도를 갖는 모든 물체는 적외선 복사열을 방출합니다. 하지만 이 적외선은 사람의 눈으로 확인할 수 없습니다.독일의 물리학자인 막스 플랑크(Max Planck)가 1900년 물체의 온도와 그 물체가 배출하는 적외선 복사열 정도 사이에 상관관계가 존재함을 증명하였습니다. 열화상 카메라는 바로 이 원리를 이용하는 것입니다. 열화상 카메라는 물체에서 방출하는 적외선 복사열을 측정하여, 측정된 적외선 복사열 값을 기반으로 온도를 계산해주는 것입니다.다시 말하면, 열화상 카메라는 온도를 측정하는 것이 아니라, 물체에서 방사(복사)하는 적외선의 양을 측정하여 이미지로 보여주는 것을 의미합니다.그렇기 때문에 열화상 카메라는 표면 온도를 측정하며, 대상 물체 안을 들여다 보거나 투과해서 볼 수는 없습니다.
Q. 헬륨가스를 마시면 목소리가 변하는 이유는?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.이는 ‘생활 속 공기’와 헬륨가스 간의 밀도 차이 때문이라고 할 수 있는데요. 일상적인 공기는 질소(70%)와 산소(23%) 등으로 구성됩니다. 환경을 0℃와 1기압으로 통제했을 때 일반적인 공기의 밀도는 리터(ℓ)당 1.25g쯤이라고 하죠.반면, 수소 다음으로 가벼운 기체중 하나인 헬륨은 같은 환경에서 ℓ당 밀도가 0.18g쯤에 불과하다고 합니다.소리의 높낮이를 결정하는 진동수는 통과하는 기체의 밀도에 따라 변화하는 특성을 가집니다.따라서 헬륨의 밀도는 일상의 공기보다 7배 이상 낮기 때문에 기체 내 장애물이 비교적 적어, 소리가 빠르게 통과할 수 있는 것이죠.일반적인 공기처럼 기체의 밀도가 높은 경우에는 소리가 기체를 통과하는 속도가 느리기 때문에 저음의 목소리가 나옵니다.순수한 헬륨이라고 가정한다면 소리가 빠져나오는 속도는 일반적인 공기보다 3배쯤 빠른데, 이에 따라 소리도 3배 정도 높은 음이 발생하게 됩니다.실험실의 순수한 헬륨과 달리, 우리가 흡입한 헬륨가스는 인체 내부에서 질소와 산소 등 기존의 공기와 함께 혼합되어 존재합니다.따라서 소리의 통과 속도는 순수한 헬륨보다 비교적 느릭므로평소보다 2배 정도 높은 목소리가 나온다고 할 수 있습니다.
Q. 나무나 플라스틱으로 총을 만들수가있나요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.총열 플라스틱이라면 총열 길이는 매우 짧을 것입니다. 게다가 탄두를 회전시켜 탄도를 안정시키는 강선도 만들기 어려울 것입니다. 따라서 명중률과 사정거리가 나쁠 수밖에 없습니다. 게다가 총열이 플라스틱이라는 얘기는 금속제 탄두가 전진하면서 생기는 열과 장약 압력, 마찰에 영구변형이 일어날 수밖에 없습니다.그리고 플라스틱으로 만들어진 폐쇄기구(탄두가 총구를 떠날 때까지 약실을 잠가주는 기구)가 과연 장약 압력에 맞서 얼마나 내구성을 발휘할지도 의심스럽습니다. 폐쇄기구가 금속으로 만들어진 다른 총기도 장약을 적정량 이상으로 충전한 파워플러스 탄을 쓰거나, 제조 과정에 문제가 있는 경우 고장이 납니다. 심한 경우에는 발사 시 총이 분해되어 버리는 일도 흔합니다. 따라서 현실적으로 보면 재사용이나 높은 명중률은 커녕 사용자의 안전조차도 결코 보장할 수 없는 위험한 물건일 가능성이 높습니다.현실에서 민·군·경용으로 판매되고 있는 ‘플라스틱 총기’는 알고 보면 아직도 ‘외피만’ 플라스틱일 뿐입니다. 총열, 노리쇠, 각종 핀이나 나사, 스프링 등 큰 스트레스에 노출되는 중요 부속은 아직도 모두 다 금속입니다.그런데 그런 부분까지 모두 플라스틱으로 만들려고 애를 쓴 총도 실제로 있기는 있었습니다. 2013년 5월, 당시 25세이던 미국인 청년 코디 윌슨이 3D 프린터와 ABS 플라스틱을 이용해 플라스틱 권총 ‘리버레이터’를 만든 것 입니다. 이 총에 쓰인 금속 부품은 공이와 미국 내 총기 관련법(금속탐지기에 발견되지 않는 총기의 제조를 금하고 있다)을 맞추기 위해 넣은 약 180g 정도의 무게추 등 2점뿐이었습니다. 하지만 리버레이터의 성능은 영 좋지가 못했습니다. 탄약도 호신용 권총에 많이 쓰이는 저위력의 380ACP. 탄창도 없어 손으로 급탄해야 했습니다. 미국 위스콘신에 거주하는 조라는 이름의 한 엔지니어가 윌슨의 설계도를 다운로드받아 리버레이터를 제작, 9발의 시험사격을 했는데 사격 도중 주요 부품이 변형되거나 튀어나가 버렸습니다. 유효 사거리도 수미터에 불과, 그야말로 일회용 총탄 발사 장치 정도의 성능만 나왔던 것입니다.이런 DIY 제품뿐 아니라 제대로 된 메이커에서 군용으로 제작한 플라스틱 총기도 문제를 일으킨 바 있습니다. 독일 HK에서 군용으로 제작한 G-36 소총의 플라스틱제 몸통이 장시간 사격에 따르는 총열의 열을 이기지 못하고 녹아 변형되어 버리는 바람에 명중률에 문제가 생긴 것입니다. 이에 따라 독일군은 G-36을 퇴출시키고 새로운 형태의 소총을 제작할 것으로 알려졌습니다. ‘가장 민주적인 소재’라고까지 불리며 과학기술사의 한 페이지를 새로 쓴 플라스틱이지만, 아직은 이렇듯 기계적인 한계는 분명합니다.