안녕하세요. 한진 전문가입니다.
생물·생명
Q. 사람은 초음파를 왜 들을수가 없나요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.소리를 듣는 능력은 음파의 주파수와 그 주파수를 감지하는 유기체의 청각 시스템의 능력에 의해 결정됩니다. 사운드 주파수는 헤르츠(Hz) 단위로 측정되며 인간의 가청 범위는 일반적으로 20Hz에서 20,000Hz 사이입니다. 이 범위는 우리 환경에서 가장 일반적인 소리를 포함하며 대부분의 인간 음성의 주파수 범위인 2000Hz에서 5000Hz 사이의 주파수에 가장 민감합니다.초음파는 인간의 귀가 감지할 수 있는 주파수보다 높은 20,000Hz 이상의 주파수를 말합니다. 개, 고양이, 박쥐, 돌고래와 같은 일부 동물은 이러한 초음파 주파수를 들을 수 있으며 사냥, 탐색 및 통신과 같은 다양한 목적에 사용합니다.어린아이가 일반적으로 성인보다 가청 범위가 더 넓은 것은 사실이지만 아기가 초음파를 들을 수 있다고 말하는 것은 정확하지 않습니다. 오히려 어린 아이들은 종종 성인보다 더 높은 주파수를 들을 수 있지만, 이러한 주파수는 여전히 초음파 범위가 아닌 정상적인 인간의 가청 범위 내에 있습니다.우리가 초음파 주파수를 들을 수 없는 것은 주로 우리 귀의 생리 때문입니다. 내이에는 음파에 반응하여 진동하는 작은 유모 세포가 있습니다. 다른 유모 세포는 다른 주파수에 반응하도록 조정됩니다. 그러나 인간의 경우 이러한 유모 세포는 초음파 주파수에 반응하지 않습니다. 나이가 들어감에 따라 시끄러운 소음 및 기타 요인에 노출되면 이러한 유모 세포가 손상되어 청력 범위가 더욱 줄어들 수 있습니다.게다가 고막과 이소골이라고 하는 3개의 작은 뼈를 포함하는 중이도 더 높은 주파수를 내이로 전달하는 데 덜 효율적입니다. 이것은 내이의 유모 세포가 초음파 소리를 감지할 수 있다 하더라도 초음파 에너지의 상당 부분이 초음파에 도달하기도 전에 손실된다는 것을 의미합니다.반대로 초음파 소리를 들을 수 있는 동물은 이러한 주파수를 감지할 수 있는 다른 청각 생리학을 가지고 있습니다. 예를 들어, 돌고래는 소리가 공기 중에서보다 더 빠르고 멀리 이동하는 수중 환경에 적응된 고도로 전문화된 청각 시스템을 가지고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주탐사선중 가장 멀리 탐사한 건 어디인가요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.지구에서 가장 멀리 떨어진 인간이 만든 물체는 보이저 우주선입니다.1977년에 발사된 보이저 1호는 현재 인간이 만든 물체 중 지구에서 가장 멀리 떨어져 있습니다. 2021년 기준으로 140억 마일 이상 떨어져 있습니다. 2012년 보이저 1호는 성간 공간에 진입한 최초의 우주선이 되었습니다. 성간 공간은 별 사이의 공간으로 근처 별의 죽음으로 인해 방출된 물질로 채워져 있습니다.역시 1977년에 발사된 보이저 2호는 지구에서 두 번째로 먼 우주선입니다. 보이저 2호도 성간 공간에 있지만 다른 궤적을 따릅니다.파이오니어 10호와 11호 우주선도 지구에서 매우 멀리 떨어져 있지만 보이저만큼은 아닙니다.2015년 명왕성을 지나간 뉴호라이즌스 우주선도 태양계를 벗어나고 있지만 2021년 현재 보이저나 파이오니어 우주선만큼 지구에서 멀지 않다.이 우주선들이 모두 상대적으로 일정한 속도로 지구에서 멀어지고 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 따라서 2021년 이후에 이것을 확인한다면 더 멀리 떨어져 있을 것입니다. 최신 정보를 위해 NASA는 지구에서 이 우주선까지의 거리에 대한 "실시간" 데이터가 있는 웹 사이트를 유지 관리합니다.
생물·생명
Q. 동물이 특정한 장소를 찾는 방법은 무엇인가요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.동물은 탐색을 위해 다양한 방법을 사용하며 이러한 방법은 종과 특정 환경 및 필요에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 가장 일반적인 동물 탐색 방법은 다음과 같습니다.랜드마크: 많은 동물들이 지리적 특징이나 기타 물리적 랜드마크를 사용하여 탐색합니다. 예를 들어, 다람쥐는 둥지로 돌아가는 길을 찾기 위해 특정 나무나 바위를 사용할 수 있습니다.태양, 별, 하늘: 많은 새와 곤충을 포함한 일부 동물은 태양, 별 또는 하늘의 빛의 편광 패턴을 사용하여 탐색합니다. 이러한 신호를 사용하여 일관된 방향을 유지할 수 있습니다. 예를 들어, 많은 철새는 야간 비행 중에 별을 사용하여 길을 찾습니다.자기장: 비둘기와 바다거북과 같은 일부 동물은 자기수용이라는 감각을 가지고 있어 지구의 자기장을 감지하고 이를 탐색에 사용할 수 있습니다.냄새와 페로몬: 일부 동물, 특히 포유류는 냄새를 사용하여 탐색합니다. 그들은 냄새 흔적을 따라가거나 다른 동물이 남긴 페로몬을 사용하여 음식이나 짝을 찾을 수 있습니다.반향정위: 박쥐와 돌고래와 같은 일부 동물은 반향정위를 사용하여 탐색하고 소리를 보내고 메아리를 듣고 주변 물체와 풍경의 위치를 결정합니다.내장 지도 및 나침반: 일부 동물은 뇌에 일종의 '지도'와 '나침반'을 가지고 있어 먼 거리를 탐색할 수 있습니다. 이것은 해마다 같은 번식지로 수천 마일을 이동할 수 있는 새와 같은 철새 동물에서 종종 볼 수 있습니다.이러한 탐색 능력 중 일부의 배후에 있는 정확한 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않았으며 진행 중인 과학 연구의 대상입니다. 실제로 많은 동물은 환경을 탐색하기 위해 여러 가지 방법을 조합하여 사용합니다.
화학
Q. 우주에 산소를 어떻게 옮기나요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.우주에서 우주비행사는 다음과 같은 두 가지 소스에서 산소를 얻습니다.저장된 산소: 국제우주정거장(ISS)과 같은 우주선에는 우주 비행사에게 숨쉴 수 있는 공기 혼합을 제공하기 위해 산소 탱크와 때로는 질소 탱크가 있습니다.공기 재활용: ISS는 공기를 재활용하는 시스템도 사용합니다. 이 시스템은 우주 비행사가 내뿜는 이산화탄소를 제거하고 전기분해라는 과정을 통해 물을 산소와 수소로 분리합니다. 산소는 호흡을 위해 공기 중으로 다시 방출되고 수소는 우주로 배출됩니다.산소 발생기: ISS에는 SFOG(Solid Fuel Oxygen Generation System)라는 백업 시스템도 있습니다. 이것은 화학 반응을 사용하여 산소를 생성합니다.소스에 관계없이 우주선 내부의 산소 수준은 우주 비행사의 안전과 건강을 보장하기 위해 신중하게 모니터링되고 제어됩니다. 산소를 공급하는 것 외에도 우주비행사가 내뿜는 이산화탄소의 농도를 조절하는 것도 중요합니다. 이산화탄소는 고농도에서 유해할 수 있습니다.따라서 우주 자체에는 숨쉴 수 있는 공기가 포함되어 있지 않지만 인간의 독창성과 공학 기술 덕분에 우주비행사는 우주에서 생존하는 데 필요한 산소를 얻을 수 있었습니다.
화학
Q. 액화질소는 얼리는데 쓰는건가요? 궁금합니다.
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.액체 질소는 실제로 온도가 매우 낮기 때문에 냉각 및 동결 목적으로 사용됩니다. 표준 대기압에서 액체 질소는 섭씨 -196도(화씨 -321도)에서 끓기 때문에 (적절한 보호 장비가 있으면) 쉽게 다룰 수 있는 가장 차가운 물질 중 하나입니다.다음은 액체 질소가 어떻게 사물을 얼릴 수 있는지에 대한 기본 설명입니다.열 전달: 더 따뜻한 물체가 더 차가운 물체와 접촉하면 같은 온도에 도달할 때까지 더 따뜻한 물체에서 더 차가운 물체로 열이 전달됩니다. 이 원리는 열역학 제2법칙으로 알려져 있습니다.급속 냉각: 액체 질소가 드라마 속 괴물과 같이 더 따뜻한 물질과 접촉하면 물질의 열이 액체 질소로 빠르게 전달됩니다. 이로 인해 액체 질소가 끓고 증발하며 물질이 빠르게 냉각됩니다. 물질이 액체인 경우 동결되어 고체가 될 수 있습니다.극한의 온도: 액체 질소의 끓는점이 매우 낮기 때문에 일반적인 환경 온도에 있는 물질을 거의 순간적으로 얼릴 수 있습니다.실제 응용 분야에서 액체 질소는 일부 유형의 식품 가공, 생물학적 샘플의 냉동 보존, 냉동 수술, 심지어 냉각 컴퓨터 시스템과 같이 급속 냉각이 필요한 많은 영역에서 사용됩니다.그러나 액체 질소를 취급할 때는 주의가 필요하다는 점에 유의해야 합니다. 피부에 닿으면 심각한 동상이나 극저온 화상을 일으킬 수 있으며 증발로 인해 공기 중의 산소가 대체되어 밀폐된 공간에서 질식할 수 있습니다. 따라서 액체 질소는 실제로 물건을 빠르게 동결시킬 수 있지만 적절한 안전 조치로 취급해야 합니다.
물리
Q. 풍력 발전의 원리와 효율이 궁금합니다. 알려주세요
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.풍력 발전은 매우 간단한 원리로 작동합니다. 바람은 전기를 생성하는 발전기를 회전시키는 로터 주위의 터빈 블레이드를 회전시킵니다.자세한 설명은 다음과 같습니다.Wind Catching: 바람은 배의 돛처럼 바람을 받도록 설계된 터빈의 날개를 돌립니다. 이 선회는 "풍력 에너지"라고도 합니다.로터 및 샤프트: 블레이드는 블레이드가 회전할 때 회전하는 중앙 허브(로터)에 연결됩니다. 로터는 로터와 함께 회전하는 메인 샤프트에 연결됩니다.발전기: 메인 샤프트는 기어박스로 들어가 발전기의 회전 속도를 높입니다. 발전기가 회전하면 전기가 생성됩니다. 그런 다음 전기는 일반적으로 케이블을 통해 터빈 타워 아래로 전력망으로 보내집니다.풍력 터빈의 효율, 즉 전기 에너지로 변환할 수 있는 풍력 에너지의 비율은 100%가 아닙니다. Betz의 법칙에 따르면 터빈은 "Betz Limit"로 알려진 바람의 운동 에너지의 59.3% 이상을 포착할 수 없습니다. 실제로 대부분의 최신 풍력 터빈은 정상적인 바람 조건에서 약 35-45%의 효율로 작동합니다. 그러나 이것이 실제적인 의미에서 비효율적이라는 의미는 아닙니다. 바람은 무료이며 재생 가능한 자원이므로 터빈이 모든 에너지를 포착하지 못하더라도 화석 연료를 태우지 않고 전기를 생성합니다.전기 생산이 풍속에 달려 있다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 바람이 너무 느리면 블레이드를 돌릴 에너지가 충분하지 않습니다. 반대로 바람이 너무 빠르면 손상을 방지하기 위해 터빈을 정지해야 할 수도 있습니다. 따라서 풍력 터빈은 일반적으로 발전량을 최적화하기 위해 특정 범위의 풍속에 맞게 설계됩니다.풍력은 상대적으로 저렴한 비용, 대규모 잠재력 및 환경적 이점으로 인해 재생 가능 에너지원을 향한 전 세계적 움직임의 핵심 부분입니다. 그러나 모든 에너지원과 마찬가지로 가변적이고 다소 예측할 수 없는 특성, 상당한 육지 또는 바다 공간의 필요성, 지역 야생 동물 및 인간 공동체에 대한 잠재적 영향과 같은 고유한 문제가 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 빅뱅 이후로 우주는 계속 팽창하고 있나요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.예, 우주론에 대한 현재의 이해에 따르면 우주는 약 138억년 전에 발생한 빅뱅 이후로 팽창하고 있습니다. 이 확장은 종종 부풀어 오르는 풍선으로 시각화되며 풍선의 표면은 우리 우주의 3차원 공간을 나타냅니다.그러나 우주의 팽창은 당신의 질문이 제시하는 방식대로 시간의 진행과 연결되어 있지 않습니다. 우리가 이해하는 시간은 4차원 시공간에서 별도의 차원입니다. 우주의 팽창은 공간이 점점 더 커지는 것, 즉 은하들이 서로 멀어지는 것을 의미하지만 시간의 진행에는 영향을 미치지 않습니다.우주가 팽창을 멈추거나 수축을 시작하더라도 시간은 멈추지 않을 것입니다. 시간의 진행은 공간의 물리적 팽창이나 수축과는 별개로 우리 우주의 근본적인 측면입니다.우주의 미래 팽창과 관련하여 과학자들은 어떤 일이 일어날지 완전히 확신하지 못합니다. Big Freeze(우주는 영원히 계속 팽창하며 점차 냉각되고 에너지를 잃음) 및 Big Crunch(중력이 결국 팽창을 멈추고 모든 것을 다시 끌어당겨 우주가 수축하게 함)를 비롯한 여러 이론이 있습니다. 그러나 가장 최근의 증거는 우주가 팽창하고 있을 뿐만 아니라 암흑 에너지로 알려진 신비한 현상으로 인해 이 팽창이 가속화되고 있음을 시사합니다. 이것은 우주의 궁극적인 운명에 대해 아직 많이 알려지지 않았지만 빅 프리즈와 더 유사한 시나리오로 이어질 것입니다.
전기·전자
Q. 전기적 소작이라는 의미의 EP는 무엇을 뜻하나요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.의학적 맥락에서 "EP"라는 용어는 일반적으로 "전기생리학(Electrophysiology)"을 의미합니다. 전기소작술은 수술 중 또는 부상 후 출혈을 멈추거나 비정상적인 성장물을 제거하거나 기타 수술 절차를 수행하는 데 사용되는 의료 기술입니다. 이 기술은 조직을 소작하거나 태우기 위해 전류로 가열된 기구를 사용합니다. 이 열은 혈관을 밀봉하여 출혈을 멈추고 감염 위험을 줄일 수 있습니다.본질적으로 '전기 소작'이라는 용어는 '전기'의 'electro-'와 신체의 일부를 태워서 제거하거나 차단하는 행위를 의미하는 '-cautery'에서 파생된 용어입니다. 다양한 유형의 수술 및 절차에서 일반적인 기술입니다.
화학
Q. 드라이아이스의 과학적 원리에 대해 궁금해서요.
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.드라이아이스는 기체인 이산화탄소(CO2)의 고체 형태입니다. 대부분의 고체와 달리 드라이아이스는 따뜻할 때 액체로 녹지 않고 대신 승화합니다. 즉, 고체에서 기체로 바로 전환됩니다. 이것이 "드라이" 아이스라고 불리는 이유입니다.드라이아이스의 온도는 일반적으로 섭씨 -78.5도(화씨 -109.3도)로 매우 낮습니다. 너무 춥기 때문에 배송 중에 아이스크림과 같은 것을 얼린 상태로 유지하는 데 사용됩니다.드라이아이스를 만지면 열화상과 유사한 화상을 입을 수 있습니다. 이것은 실제로 드라이아이스의 온도가 극도로 낮기 때문에 발생하는 냉화상 또는 동상입니다. 드라이아이스 그 자체는 당신을 태우는 것이 아니라 오히려 극심한 추위가 피부 세포를 손상시킵니다.집게나 절연 장갑을 사용하여 드라이아이스를 조심스럽게 다루고 드라이아이스가 승화할 때 가스가 축적될 수 있는 밀폐된 공간을 피하는 것이 중요합니다. 밀폐된 공간에서 승화하는 CO2는 산소를 대체하여 잠재적으로 위험한 상황을 초래할 수 있습니다. 극한의 추위와 내부 손상 가능성이 있으므로 드라이아이스를 먹거나 섭취하지 않는 것도 중요합니다.드라이아이스가 승화할 때 보이는 "연기" 또는 안개는 실제로 작은 물방울입니다. 차가운 CO2 가스는 주변의 공기를 냉각시켜 공기 중의 수분이 구름을 형성하는 작은 물방울로 응결되도록 합니다. 이 효과는 종종 무대 제작 및 유령의 집에서 으스스하고 구르는 안개를 만드는 데 사용됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 하늘위로 비행기가 지나갈 때 구름이 형성되는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 한진 과학전문가입니다.비행기 뒤를 따라가는 흰 구름을 비행운(Conrails)이라고 하며 응축 트레일의 줄임말입니다. 그들은 특정 대기 조건에서 형성되며 비행기의 배기 가스와 대기의 물리적 특성의 결과입니다.비행기의 엔진은 제트 연료 연소의 부산물로 수증기를 방출합니다. 이 덥고 습한 배기 가스가 차갑고 저기압인 상층 대기로 방출되면 수증기가 빠르게 냉각되어 작은 물방울이나 얼음 결정으로 응축되어 비행운으로 보입니다.그 과정은 추운 날 숨을 보는 것과 다소 비슷합니다. 숨을 내쉬면 촉촉하고 따뜻한 공기가 나옵니다. 이 따뜻한 공기가 차가운 공기와 접촉하게 되면 호흡에 포함된 수증기가 많은 작은 물방울로 응결되어 '호흡' 구름으로 보입니다.비행운은 또한 수증기가 응결될 수 있는 표면을 제공하는 비행기 배기구의 작은 입자(에어로졸) 주위에 형성될 수 있습니다. 비행운은 비행기가 비행하는 고도의 습도와 온도에 따라 꽤 오랫동안 지속될 수 있습니다. 대기가 충분히 습하면 비행운이 퍼져 자연 권운과 섞일 수 있습니다.Contrails는 지구의 기후에 영향을 줄 수 있기 때문에 과학자들에게 관심이 있습니다. 그들은 햇빛을 다시 우주로 반사하여 지구를 식힐 수 있지만 온실 가스와 유사하게 지구 표면에서 복사되는 열을 가두기도 합니다. 비행운이 기후에 미치는 전반적인 영향은 여전히 활발한 연구 분야입니다.