안녕하세요 심헌용 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 관측 불가능한 우주는 왜 볼 수가 없나요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.질문 주신 단어 그대로입니다. 관측할 수 없는 우주. 즉, 아직 우리 지구에 그 빛이 도달하지 못한 거리에 있는 곳입니다. 그 먼 곳에 있는 빛이 도달하기 전까지 관측할 수 있는 방법이 없습니다.현재 우주의 나이를 138억 년이라고 하며 이는 빛이 처음 발생하여 지구에 도달한 시간입니다. 빛이 지구로 달려오는 동안에 우주는 계속 팽창하였을테니 현재 관찰 가능한 공간은 465억 광년 거리로 계산하고 있습니다.
화학
Q. 헬륨 가스를 마시면 왜 목소리가 변하나요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.헬륨을 마셨을 때 목소리가 변하는 현상을 '도날드덕 효과'라고 합니다.사람의 목소리는 공기가 "폐 - 성대"를 지날 때의 떨리며 만들어집니다. 이를 진동이라고 하지요. 각 물체마다 고유의 진동 수를 가지고 있어 떨림의 정도에 따라 발생하는 소리가 다릅니다. 이로인해 사람마다 목소리가 다른 이유이기도 하며, 성대모사를 할 수 있는 것이지요.따라서 목소리를 내는 재료가 공기에서 헬륨으로 바뀌었을 때는 목소리를 낼 때의 진동수가 달라지겠지요. 헬륨은 공기보다 밀도가 낮기 때문에 공기가 지나가는 속도보다 헬륨이 지나가는 속도가 2.7배정도 빠르다고 합니다. 밀도가 낮다는 건 같은 공간에서 헬륨이 공기보다 더 적게 있다는 것이지요. 소리가 성대를 더 빠르게 지나가기 때문에 평소 공기로 소리를 낼 때보다 더 높은 소리를 낼 수 있는 것입니다.높은 소리를 낼 수 있는 헬륨과 반대로 낮은 소리(영화 트랜스포머에서의 옵티머스 프라임 등과 같은)를 낼 수 있는 기체는 '크립톤'이라는 기체 입니다.얼마 전에 헬륨가스로 목소리를 장난치던 학생들이 질식사(산소부족증, 저산소증)한 사건이 있었습니다. 따라서 목소리 변조 등을 할 때는 여유시간을 두며 하는 것이 안전합니다.그리고, 헬륨 가스 풍선으로는 확률이 낮지만 혈류 장애를 일으킬 수 있습니다. 이 현상은 고압의 헬륨을 마시는 상태일 때, 폐가 헬륨의 압력을 견디지 못하는 상황 등에서 발생 확률이 높지만 다른 상황에서는 일어나지 않는다. 라고 단정 지을 수 없기 때문에 헬륨 가스를 흡입할 때에는 충분한 시간의 기간을 두고 하시는 것이 안전한 방법입니다.
화학
Q. 총은 화약이 터지며 폭발력을 갖는데 그럼 화약을 보충해줘야 할까요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.화약은 단발성. 즉, 1회용입니다. 대포, 총포류 등을 격발하였을 때 탄흔 등으로 총열, 포열에 그 찌꺼기, 흔적이 남아있는 것을 확인할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 높은곳에 귀가 멍한 이유는 왜 그런가요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.원래 있던 곳(지상 혹은 1층)보다 높은 곳의 기압이 낮기 때문에 귀가 한겹 막혀있는 느낌이 들고는 합니다.이는 체내에서 밖으로 유지하는 압력과 외부에서 체내로 밀어내는 압력의 차이로 인해 발생합니다.유스타키오관에서 압력을 조절해주는 역할을 합니다. 높은 곳에 있을 때 잠시 귀가 먹먹한 느낌이 들면 괜찮지만 며칠동안 이런 현상이 지속된다면 중이염 혹은 그 이상의 질환까지 생각해봐야함으로 내원하시길 바랍니다.
토목공학
Q. 악어가 눈물을 흘리는 이유는 무엇일까요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.악어에게도 눈물샘이 존재합니다. 장기간 물 밖에 있을 때 눈이 건조해져 상하는 것을 방지하는 역할을 눈물이 하게되며, 이 눈물샘을 조절하는 신경과 턱의 움직임(저작행위)을 조절하는 신경이 동일하기 때문에 먹이를 씹는 행위를 할 때 눈물을 흘리는 것입니다
생물·생명
Q. 겨울철 야외 동사자들 가운데 왜 옷을 벗은채 발견되는 경우가 있나요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.그러한 현상을 '이상탈의현상'이라고 합니다.저체온 현상이 심해지면 사람은 핵심 장기로만 혈액을 보내 생존을 위해 사투를 벌입니다. 이러한 과정에서 말초혈관을 수축해 손 끝, 발 끝으로 가는 혈액을 줄여 중요 장기 외의 몸 표면에서의 열 손실을 줄이려고 합니다.하지만 말초혈관을 수축하려면 근육은 경직되어야 하고 에너지가 필요합니다. 피부로 공급되는 혈액에 줄어든 상태에서 근육의 긴장이 계속되면 결국엔 에너지는 고갈되어 갑니다. 때문에 근육은 더 이상 수축하지 못하게 되며 이 상태에선 혈관의 수축 상태에서 급작스런 확장을 하게되어, 중요 장기로 향하던 혈액이 몸 곳곳으로 퍼지게 됩니다. 이 혈액은 열을 가지고 있어 비교적 온도가 높습니다. 이 과정에서 온도가 높은 피로 인해 사람은 덥다고 느끼게 됩니다. 갑자기 발열감을 느끼게 됨으로써 사람은 덥다고 느껴 옷을 벗게 되는 이상현상이 발생하게 되는 것입니다.결국엔 생존을 위한 시스템이 오히려 죽음으로 향하게 되는 과정이 되는 것이지요.
화학
Q. 메아리는 어떤원리로 들리는건가요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.사람 혹은 어떠한 매개체로부터 만들어진 소리가 주변 혹은 전방으로 퍼져나가면서 다른 물체에 부딪혀 돌아오는, 반사되는 현상에 의해 메아리가 형성되는 것입니다.반사되는 시점으로부터 원래의 속도와 달라지게 되므로 반사시키는 물체가 많아질수록 메아리도 많이 울리게됩니다.
기계공학
Q. 무한동력은 아직 만들 수없나요??
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.무한동력, 즉 영구기관이라는 것은 제 1종 영구기관, 제 2종 영구기관, 제 3종 영구기관으로 나눌 수 있습니다.제 1종 영구기관은 외부로부터 에너지를 공급받지 않고 외부에 대하여 영원히 일을 하는(에너지를 공급하는) 기관을 뜻합니다. 즉, 0에서 1이상의 에너지를 무한히 생성하는 기관입니다. 하지만, 어느 에너지의 종류이건 "에너지의 총합을 일정하다"라는 열역학 제 1법칙을 위배하게 됩니다. 에너지의 총량은 언제나 같으므로 외부로부터 공급받은 에너지가 없으면 이후 어떤 에너지 형태이건 0입니다. 따라서 제 1종 영구기관은 불가합니다.제 2종 영구기관은 열에너지를 100% 역학적 에너지(다른 에너지)로 전환이 가능하다라는 개념에서 탄생되었습니다. 위에서 말했다시피 에너지는 생성되지도, 소멸되지도 않습니다. 형태가 변할 뿐이지요. 차가운 것과 뜨거운 것을 같이 있을 때, 시간이 흐른 후 두 물체는 같은 온도를 가지게 됩니다. 이처럼 에너지는 흐름의 방향성만 있을 뿐, 뜨거운 것에서 차가운 것으로 이동된 에너지는 스스로 다시 뜨거운 온도를 가질 수 없습니다. 원래의 형태로 돌아가기 위해선 외부로부터 처음보다 더 큰 에너지가 필요합니다. 이런 변화량을 엔트로피라고 하며, 엔트로피라는 것이 증가하는 형태입니다. 엔트로피는 감소하지 않는다는 열역학 제 2법칙을 정면으로 위배하게 되지요.제 3종 영구기관은 절대온도와 관련된 영구기관입니다. 이미 앞에서 언급했던 제 1종 영구기관, 제 2종 영구기관으로만으로 무한동력이 불가함을 설명하였으므로 제 3종 영구기관의 설명은 넘어가도록 하겠습니다.우리가 살고 있는 우주가 에너지의 생성과 소멸이 자유로운 "열린 계(System)"이라면 열역학 제 1법칙으로부터 자유로워 무한동력이 가능할 수 있겠지만, 현재의 우주는 "닫힌 계(System)"입니다. 즉, 에너지의 총량은 언제나 같다. 라는 법칙이 적용되는 공간인 것이지요.
화학
Q. 휴대용 핫팩 원리가 어떻게 되나요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.핫팩의 발열 원리는 핫팩 내부의 미세한 철가루들이 산소와 만나 산화철이 되면서 발생하는 열을 이용하는 원리입니다. 핫팩의 주성분은 철가루, 활성탄, 소금, 수분 등으로 구성되어 있습니다. 핫팩의 겉 포장지를 뜯어 주무르거나 흔들면서 안에 있는 철가루와 산소의 접촉 유도하여 빠른 산화반응을 일으켜 핫팩은 30~60도의 온도를 가지게 되는 것이죠.우리 주변에 있는 못 등의 철 제품이 녹이 스는 것도 모두 산화반응입니다. 이들도 열이 발생하지만 그 과정이 오래 기간에 걸쳐 일어나기 때문에 일상 생활에서 산화반응에 의한 발열반응을 알아차리기 쉽지 않은 것 뿐입니다.핫팩에는 미세한 철가루를 사용하는데 이는 산소와 접촉할 표면적을 넓게하여 공기와의 접촉을 쉽게, 더 많이 하도록 유도하기 위함입니다. 같이 포함되어 있는 활성탄과 소금의 역할 역시 산화반응을 빠르게 유도하기 위함입니다.
전기·전자
Q. 간단한 기초 회로인데 설명해 주실 수 있나요?
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.해당 회로에 이용된 건전지의 전압과 LED의 필요 전력량을 모르겠습니다만...해당 회로는 전류가 통하는 즉, 전기가 회로를 타고 이동하는 회로입니다. 중간에 건전지 하나가 음/양이 반대되어 설계되었지만 이는 일종의 저항역할을 하여 전류를 낮추는 역할을 합니다. 즉, 위상만을 반대로 하기 때문에 그 효과가 절감되는 것입니다.전류, 전기의 흐름이 약하게 되는 것이지요. 따라서 건전지 2개, 3개를 이용하였을 때보다 LED의 밝기가 매우 약하게 나타날 것입니다.간단하게 정리를 하자면, 중간에 반대로 설치된 건전지가 일종의 저항역할을 하였기 때문에 해당 전체 회로에 대한 전류(전기의 흐름)가 약해져 LED의 밝기가 비교적 떨어지게 된 것입니다.