타임머신으로 단타거래하기
공룡시대로 거슬러 올라가는 일 따위는 잊어버려라. 이달 개봉하는 영화 “프라이머(Primer)”에서, 등장인물들이 되돌아가는 시간은 겨우 하루가 될까 말까에 불과하다.
이 영화의 각본, 감독 및 공동 주연을 맡은 셰인 캐러스는 두 명의 친구가 차고에서 타임머신을 만든다는 설정에서 출발해, 시간여행이란 장르에 예상 밖의 참신한 시도를 해보고 싶었다고 말한다.
“다른 시간 영화에서 보면 사람들이 시간 속의 한 시점에서 다른 시점으로 ‘점프’ 하는 것처럼 보입니다.” 바로 이점이 이해가 가지 않는다며 그는 “만약 내가 식품점까지 걸어가야 한다면, 식품점에서 우리 집 사이에 있는 공간 속의 각 지점들을 통과해 움직여야만 하지 않습니까?”라고 말했다.
그래서 영화에서도 이런 방식으로 시간을 다루기로 결정했다고 한다. 예를 들어, 어떤 시간 여행자가 하루를 거슬러 올라가고 싶다면, 그는 24시간을 전부 통과해야만 한다. 그렇게 되면 여행자는 그날 하루 동안 일어났던 일을 모두 알 수 있어, 잘못된 일을 바로잡거나 또는 주식 시장에서 떼돈을 벌을 수도 있는 것이다.
영화의 한 장면에서 주인공인 에이브와 아론은 타이머신을 9시에 맞춰놓고 6시간 동안 작동하도록 설정해 놓는다. 타임머신이 작동하기 시작하면 시간은 타임머신 내부에서 순환하게 된다.
처음에는 타임머신의 시간이 바깥세상의 시간과 똑같이 앞으로 진행되지만, 오후 3시가 되면, 즉 정해진 6시간이 지난 후에는, 타임머신 속의 시간이 거꾸로 흐르기 시작하는 것이다(영화는 그 원리에 대해 설명해 주지만 충분한 설명은 못된다).
어쨌든 타임 신 속에 있는 것이 뭐든 간에 시간은 같은 날, 같은 장소 오전 9시로 되돌아간다. 시사회에서 영화는 많은 관객을 혼란 속에 몰아넣었다.
자, 다시 한번 짚어보자. 타임머신이 오전 9시에 작동하도록 설정해놓은 후, 에이브와 아론은 바깥, 정상적인 세계에서 하루를 보낸다.
그러다가 오후 3시가 되면, 이들은 타임머신 안으로 들어와, 시간이 거꾸로 흘러가는 동안 관처럼 생긴 상자 속에서 6시간을 기다린다. “시간이 거슬러 흘러가는 동안, 에이브와 아론은 오후 3시부터 오전 9시까지의 매 순간 순간을 경험해야만 합니다.” 캐러스의 설명이다.
그다지 유쾌한 체험이라고는 결코 말할 수 없겠지만 일단 6시간을 보낸 후, 타임머신 밖으로 나오면 다시 상쾌한 아침을 만날 수 있다.
한 가지 차이점라면, 두 주인공은 이미 그날을 경험해 봤기 때문에 하루 동안 어떤 일이 발생할지, 예를 들어 어떤 주식가격이 올라갈지 알고 있다는 점이다. 그리고 타임머신을 이용한 벼락부자되기 계획에서 관객이 능히 예상할 수 있듯이 이를 둘러싼 혼란이 잇따른다.
우주학
혜성박사 사망
친구들에게 혜성박사로 알려진 미국의 천문학자 프레드 위플이 향년 97세의 나이로 지난 8월 사망했다. 그는 1950년대 사람들이 흔히 생각하던 대로 혜성이 먼지와 입자로 된 구름이 아니라 암석파편들이 박힌 거대한 얼음 덩어리라는 가설을 발표해 널리 알려진 인물이다.
그의 소위 “지저분한 눈 덩어리” 이론은 그 진위여부를 둘러싸고 많은 논쟁을 불러일으켰으나, 1986년도에 한 유럽의 우주선이 핼리 혜성의 얼음 중심부를 사진촬영한 후 위플의 주장이 옳았음이 증명되었다.
하버드 대학과 스미소니언 천체물리학 연구원에서 재직하는 동안 그는 6개의 혜성을 발견했으며 모두 그의 이름을 따서 명명되었다.
그는 또한 “위플 쉴드”를 발명하기도 했는데 이는 금속으로 된 외판으로, 암석 및 입자들과 접촉시 이를 증발시킴으로써 우주선을 충돌로부터 보호한다.
그러나 그의 연구 분야는 혜성 하나에만 국한된 것이 아니었다. 2차 대전 시 그는 적군의 레이더를 혼란시키기 위해 연합군 비행기로부터 얇은 알루미늄박판 조각들을 떨어뜨리는 도구를 개발하기도 했었다.
초등과학
비의 양을 재는 기구 이름이 뭡니까
비의 양을 잴 때는 우량계로 잽니다. 이것은 위와 아래의 넓이가 같은 원통형 그릇을 이용하는데 받은 빗물을 자로 재어 mm로 나타내는 것입니다. 그리고 우량계에 대한 백과사전의 설명은 다음과 같습니다.
우량계란 강수량을 측정하는 기상계기. 지시우량계와 자기우량계로 나뉩니다. 원리는 일정한 지름의 용기에 빗물을 받아서 깊이를 측정하는 것으로 무게 또는 부피를 측정하여 집수면적에 대한 깊이로 환산하고 mm 단위로 표시합니다. 용기의 지름은 대체로 20cm이나 사용목적에 따라서 다른 규격을 쓰고 있는 곳도 있습니다.
빗물은 물론 눈·진눈깨비·우박·이슬 등 용기에 들어온 것을 모두 물로 녹여서 우량되로 재고, 눈·우박·진눈깨비 등은 무게를 측정한 후 깊이(mm) 단위로 환산하여 강수량을 측정합니다.
연속강수량과 강우강도 분석을 위하여 자기우량계로 연속 기록하게 합니다. 자기우량계는 사이펀식·전도형식이 있으며, 산간지방에서는 무인관측장치인 무선로봇우량계도 사용되고 있습니다. 조선 1442년(세종 24)에 제정·설치된 측우기가 세계 최초의 우량계로 알려져 있습니다.
별난 과학기술
원자시계의 소형화
원자시계가 정말 필요한가요
일반 시계와 무슨 차이가 있나요?
보통의 손목시계는 대부분 며칠마다 1초가량 늦거나 혹은 빨라집니다. 물론 이정도의 차이를 눈치 챌 수 있는 사람은 거의 없습니다.
그러나 정확한 시간 측정은 일부 현대 기술에 있어서 매우 중요합니다. 원자핵과 그 주변 전자들 사이의 진동을 기초로 시간을 측정하는 원자시계는 GPS 네비게이션 및 우주 탐사용 로켓의 발사와 착륙을 확실하게 도와주는 역할을 합니다.
여기서 재미난 점은 원자시계를 더욱 정확하게 만드는 작업이 아니라 보다 작게 만들기 위한 개발이 진행된다는 점입니다.
원자시계가 달린 휴대용 장치 공급이 주 목적이기 때문에 소비자용 휴대용 장치에 있어서 좀더 안전한 무선 통신을 보장하기 위해서이지요.
또한 여기에는 네트워크된 컴퓨터 간의 신속하고 에러 없는 데이터 흐름 및 GPS 네비게이션 개선도 포함됩니다. 현재 대부분의 소비자 장치는 수정진동자의 진동으로 시간을 측정합니다. 문제는 이 수정진동자의 리듬이 원자시계 정확도의 1천분의 1에 불과하다는 점입니다.
미국 국립표준기술원 개발 팀은 원자시계의 시간 유지 구성요소를 예전 크기의 100분의 1로 감소시켰는데, 이는 기화된 세슘 원자를 실리콘 웨이퍼에 새겨진 작은 구멍 속에 가둬둠으로써 가능했습니다.
소형 레이저가 세슘 원자의 자연 진동 주파를 모니터하는데 그 오차는 300년간 1초 정도에 불과하다고 합니다.
픽션 같은 논픽션
등에서 턱을 키운다.
구강암과의 고통스러운 싸움으로 턱을 없애야 했던 한 독일 남자가 턱 이식 수술을 받았다. 아직 아랫니가 있는 것은 아니지만 이 이야기에서 특이한 점은 의사들이 새로운 턱을 만들어낸 방식이다.
감염의 위험과 환자의 투약 상황 때문에 환자 신체의 다른 부위로부터 대체할 뼈 재료를 이식받는 보통의 접근 방식을 취할 수 없었다. 그 대신 독일 키엘 대학의 외과의들은 환자의 등에서 새로운 턱 뼈를 만들어 냈다. 아래에 그 과정을 간단히 정리해보았다.
재료
● 티타늄으로 된 망사 구조물
● 골 특이 성장 인자 (재조합 BMP 7) 7밀리그램
● 환자의 골수 20밀리리터
● 소 과(科)의 골 무기물 5그램
● 골 무기물 덩어리 10개
방법
시술 대상이 될 안면의 이미지를 바탕으로, 3D 모델링 시스템을 이용해 새로운 턱의 가상 모델을 만든다. 티타늄 망사 구조물를 이용해 턱 형태로 뼈대를 만든다. 골 무기질과, 골수, 성장 인자를 조합한다. 이를 환자의 등에 이식하고 7주가 지난 후, 턱 뼈의 생성을 체크한다. 완전히 자란 턱뼈를 환자의 얼굴에 이식한다.
새로운 턱이 장기간에 걸쳐 계속 정상적으로 기능할지는 불확실하지만 외과의들은 몇 개월 이내에 치아 이식 시술을 할 수 있으리라 희망한다. 가히 엽기적라고 할만한 이 수술은 과학적으로 매우 의미 있는 사건으로 일부 학자들은 환자의 골수 혈액 내에 존재하는 줄기세포가 뼈 성장에 결정적인 역할을 할 것이라는데 동의하고 있다.
교육
죽었다 살아난 다윈
세르비아의 교육부장관 릴리아나 콜릭은 교육기관에서 진화론 수업을 금지했다.
10년간 이어진 인종 및 종교 분쟁으로 인해 상처만 남은 나라에서 이 같은 결정을 대단히 비극적인 사건으로 볼 수는 없겠지만, 이 조치에 대한 반작용은 신속하고도 강력했다.
세르비아 정부가 과학자, 교사들로부터 날카로운 비판을 받은 지 이틀 후, 밀란 브르다르 교육부 차관은 진화론 교육 금지 조치가 철회되었다고 갑작스럽게 발표했다. 콜릭 장관은 업무상 자리를 비운 관계로 본인이 직접 철회 발표를 하지 못했다고 설명했다.
아이러니한 것은 콜릭 장관은 진화가 “교리적”이라고 일컬으면서 자신의 결정을 정당화했었다는 사실이다.
샴페인 과학
이제는 영국산 샴페인?
문제가 정말 심각하다. 프랑스의 물리학자 제라르 리제 블레어는 앞으로 출간될 저서 “언코르크: 샴페인의 과학”에서 지구온난화로 인해 샴페인까지 위험에 처했다고 설명하고 있다.
프랑스 상파뉴 지방의 기후 변화가 그 지역 포도생산에 영향을 끼치고 있다는 것으로, 설명하자면, 따뜻해진 기후가 포도 잎사귀의 광합성을 촉진해 당분 생산이 촉진되고 이것이 포도 열매로 옮겨간다는 것이다. 이런 현상은 포도 내의 신맛을 감소시키고 그 결과 샴페인의 섬세한 풍미를 방해한다.
물론 샴페인 자체가 사라지는 일은 없을 것이다. 2003년, 지구 온난화가 포도재배에 끼치는 영향에 대해 보고서를 발표한 바 있는 남부 오레곤 대학의 그레고리 존스 교수는 포도 재배에 이상적 기후가 영국으로 옮겨갈 수 있다고 제시했다.
리제 블레어의 설명에 따르면 샴페인이 언젠가 영국산이 될지도 모르는 이유는 또 있다고 한다. 샴페인 지방의 토양은 석회암 함량이 매우 높은데, 이는 포도의 산성도 증가에 일부 기여함으로써 와인이 시간이 지날수록 더 좋은 맛을 내며 숙성되도록 만들어 주는 역할을 한다.
그런데 도버 해협의 ‘화이트 클리프’에서 잘 알 수 있듯이 석회암이 풍부한 영국 남부지역의 토양성분이 상파뉴 지방과 유사하다는 것이다. 미래의 일이야 일단 제쳐두고서라도, 이 책은 샴페인 잔을 들여다 본 적 있는 사람이라면 누구나 쉽게 즐길 수 있는 재미있는 내용을 담고 있다.
이 책에서 주목하고 있는 것은 주로 샴페인 거품이 생기는 과정 속에 숨은 물리학이다.
고속 사진촬영을 이용해, 저자는 샴페인 거품의 형성과 흐름에 대해 사람들이 알고 있는 내용을 완전히 뒤집는다. 비록 대부분 알고 있듯이 샴페인 잔속의 작은 구멍이나 균열, 불순물이 있는 지점으로부터 거품이 솟아오르고 모이는 것이 사실이긴 하지만 실제로 이런 부분은 너무 작으며 그보다는 행주나 먼지가 샴페인 잔 벽면에 내려앉아 생성하는 셀롤로오스 가스주머니 안 이산화탄소가 원인이라 설명한다.
따라서 티끌 하나 없이 완벽히 깨끗한 잔이라면, 심심하게도 거품 하나 없는 순수한 샴페인만 볼 수 있다는 것이다.
초등과학
종이는 어떻게 만드나요
오늘날 종이를 만드는 원료의 뿌리는 물론 나무입니다. 그러나 이를 약간 분류해 본다면, 화학펄프, 쇄목펄프, 재생펄프 등으로 대분할 수 있습니다.
화학펄프는 나무를 적당한 크기로 자른 다음 껍질을 벗긴(박피) 원목에 여러 가지 화학작용 및 약품을 투입하여 나무에서 섬유질 등 종이를 만드는데 필요한 물질만을 뽑아낸 것을 말하며, 쇄목펄프는 역시 마찬가지로 나무를 적당한 크기로 자른 다음 껍질을 벗긴 원목을 쇄목기라고 하는 나무를 가는 기계에 집어넣어 죽처럼 갈아 나무를 만드는데 필요한 재료로 만든 것을 말합니다.
화학펄프 및 쇄목펄프와 더불어 최근 환경의 중요성과 더불어 제지회사들이 많은 관심을 갖고 추진하고 있는 원료가 바로 재생펄프인데, 흔히 리사이클링(Recycling) 혹은 재생지라고 알고 있는 종이를 만드는 원료가 이 재생펄프입니다.
가정 또는 직장 등에서 분리 수거한 종이는 중간 폐지수집상을 거쳐 제지공장으로 옮겨지게 되고 제지공장에서는 이 종이를 여러 가지 공정을 거쳐 재활용펄프로 만들게 되는데, 핵심은 종이에서 사용된 잉크를 제거해내는 탈묵과 그것을 정선하고 표백하는 내용을 포함합니다.
종이의 원료인 펄프는 종이를 만드는 동정에 들어가기 전 여러가지 과정을 거치게 되는데 이를 조성공정(調成工程)이라고 합니다. 이것들의 주된 내용은 펄프를 물에 풀어주는 Pulper작업, 이들 원료를 세척하기 위한 농축, 희석, 세척작업, 지나치게 긴 섬유를 절단하거나 갈라주고 또한 섬유자체의 내면에 물이 들어가게 하거나 표면에 털이 일어나게 하는 고해작업, 그리고 만들어진 종이가 잉크에 번지지 않도록 처리하는 Sizing작업과 섬유의 사이사이에서 생길 수 있는 작은 구멍 등을 메꾸어주기 위해서 광물성 분말 등을 배합하는 전료첨가작업 등을 포함합니다. 이렇게 조성된 종이의 원료는 실제 종이를 만드는 기계인 초지기(抄紙機)로 보내져 본격적으로 종이가 만들어지게 됩니다.
오늘날의 초지기는 그 거대한 기계로 인하여 인류는 풍족할 만큼의 대량생산된 종이를 사용할 수 있게된 것입니다. 물과 혼합되어 초지기로 투입된 종이원료는 최지기의 첫 부분에서 지층을 형성하게 됩니다. 이때 원료는 평평하게 펼쳐진 상태로 초지기를 따라 흐르게 되며, 원료를 실어나른 물은 대부분 밑으로 빠지게 됩니다.
이 지층 형성 과정을 거친 종이는 초지기의 다음 단계인 압착파트(Press-part)에서 형성된 종이의 형태에서 아직 남아있는 수분을 눌러짜내는 과정을 거치며, 그 다음으로 수분을 완전히 없애 종이의 형태를 완성시키는 건조파트(Dryer-Part)를 거치게 됩니다.
이 부분에서 종이는 수분을 완전히 없애게 되며, 완전한 형태의 종이 모습을 갖추게 됩니다. 이렇게 형성된 종이는, 아직 표면이 꺼칠꺼칠하거나 전체적으로 평평하지 않으며, 다음 단계인 광택단계(Calender-Part)에서 종이의 양면을 곱게 눌러 주는 과정을 거침으로써 균일하고 반질반질한 종이가 됩니다.
이렇게 생산된 종이를 롤에 감고, 다시 각 시장의 규격에 맞게 재단하는 과정을 거쳐 종이를 사용하는 1차 소비자인 인쇄소나 신문사, 출판사, 각 종이판매 대리점으로 향하게 되는 것입니다.
건강/의학
입술에 침을 묻히면 입술이 트는 이유
입술에 침을 묻히면 입술이 트는 이유는 수분의 증발과 피부온도의 저하 때문입니다. 입술은 모든 피부 중에서 가장 연약한 곳입니다. 입술의 색깔이 빨간색인 것도 피부조직이 매우 얇아서 피부안쪽의 모세혈관들이 비추기 때문입니다.
입술에 침을 묻히게 되면... 일시적으로 입술피부가 촉촉해 지긴 하지만... 입술에 바른 침이 외부의 찬바람에 증발하면서 입술에 침을 바르지 않았을 때보다도 더욱 건조하게 만듭니다.
더군다나 수분이 증발할 때는 주변의 온도를 빼앗아 가기 때문에 입술피부의 온도가 떨어지게 되고 결국 건조한 상태에서 피부의 온도가 현저하게 떨어지게 되어 트기 시작하는 것입니다.이러한 현상은 다음과 같은 경우와 동일합니다.
한겨울에 손을 씻고 물기를 닦지 않은 상태로 밖을 돌아다니면 손이 보다 쉽게 트는 이유와도 같습니다. 세수를 하고 물기를 제대로 닦지 않고 외출하는 경우도 마찬가지입니다. 예민한 입술이니 더욱 그러하겠지요.
겨울철에 로션을 바르게되면 찬바람에 의해 피부의 수분이 증발하는 것을 방지하게 되어 피부가 트는 것을 막아주게 됩니다. 참고로 얼떨결에 입술에 침을 바른 후라면 바로 손수건이나 아니면 손으로라도 입술의 침을 닦아준다면 쉽게 입술이 트는 것을 방지할 수 있을 듯 합니다.
답변을 일반화된 내용으로 정리하면 겨울철 피부관리의 중요한 것은 결국 물기가 피부에 있는 상태로 외출하면 쉽게 피부가 튼다는 것입니다.
화학
육각고리의 차이
유기화학 쪽이 고등학교 과정에서는 조금 나오는데...대학수준으로 공부를 할 때는 정말 중요하게 다루는 부분입니다. 물론 실제 생활 즉 산업에서도 가장 중요하게 여기는 부분중의 하나입니다. 유기 부분은 특히 입체적인 구조를 상상해야 하는 경우가 많아서 어렵습니다.
그래서 보통은 장난감처럼 생긴 구조물을 이용합니다.(과학기자재로 나옵니다.) 수업시간에 주로 이러한 것들을 가지고 가서 입체적인 모양을 보여주면서 수업을 하는 경우가 많이 있죠.
벤젠의 경우는 이중결합과 단일결합이 번갈아 가면서 있는 구조인데..사실은 그림은 그렇게 그려도 정확히 그런 구조는 아니지요. 그냥 6개가 전부 1.5중 결합 정도로 공평하게 나누어가졌다고 생각을 하면 됩니다. 이것을 공명구조라고 합니다.
실제로 분자모형을 만들어보아도이것이 결합길이가 모두 같은 평면구조라는 것이 나옵니다. 아주 특이한 구조라고 생각하면 됩니다. 그런데 시클로헥산은 시클로 알칸의 일종입니다.
즉 정사면체 구조를 기본으로 하는 사슬구조를 가지고 있지요. 이것이 그림으로 그리면 평면 육각형으로 그리지만 각각이 정사면체의구조를 가지면서 연결이 된다고 생각을 해야 합니다.
스페이스뮤직
천체의 기묘한 음악
파괴적인 태풍시즌 때문에 자꾸만 미뤄지던 감마선 폭발 관측 장치 “스위프트”의 발사 스케줄이 또다시 연기되었다.(8월호 감마선 폭발을 이기는 방법 기사 참조)
현재 새로운 발사 날짜는 정해져 있지 않으나, 스위프트에 관심이 많거나 혹은 이국적인 천체물리학 현상에 무한한 애정을 갖고 있는 사람이라면 크로마틱(Chro
matic)이란 이름의 한 아카펠라 그룹이 만든 노래 한 곡을 즐길 수 있을 지도 모르겠다.
다음 내용은 스위프트의 기능에 대한 것으로 적절하게도 “스위프트 송”이라는 제목을 붙인 곡의 일부 발췌 부분이다.
“스위프트는 빛나게 폭발하는 사물의 위를 오가는 위성 이들을 빛나게 만드는 것에 답하는 다양한 파장을 잡기 위해… ”
이 노래를 ‘천문학카펠라’라고 부르는 이 그룹은 천문학의 모든 측면에 대해 노래하고 있다. 개개인의 음악 취향에 따라 다르겠지만, 곡조를 직접 듣는 것보다는 가사를 읽는 편이 더 나을지도.
astrocappella.com에서 크로마틱스의 다른 히트 곡들을 들을 수 있다.
무기화학
염기성 용액에 반응하는 금속
염기성 용액에 반응하는 금속은 양쪽성 원소라는 것이 있습니다. 이것은 산도 되고 염기도 되는 것들입니다.
대표적인 것으로 알루미늄, 아연, 주석, 납 등이 있는데 이들은 산도 되고 염기도 됩니다. 그래서 산과도 반응을 하고 염기하고도 반응을 합니다. 산과 금속의 반응은 아주 일반적인 반응입니다. 이렇게 염기하고도 반응을 하는 양쪽성 금속들이 있습니다.
그리고 금속과 산의 반응을 생활에서 이용하는 경우를 생각해보면 알루미늄은 판화에 사용됩니다. 알루미늄판에 못 등으로 스크래치를 내고 산성 용액에 집어넣으면 파인 굴곡이 더 커지고, 선명해집니다.
결국 판화의 방법으로 사용을 하는 것이지요. 그리고 철의 부식을 막기 위한 음극화 보호법이라는 것이 있습니다. 이것은 정화조나 기름탱크같이 덩치가 큰 철구조물을 보호하는 방법인데 전선으로 아연이나 마그네슘 등을 연결하는 것입니다.
아연은 이온화 경향이 철보다 크기 때문에 전선으로 연결하면 철대신 아연이 부식합니다.
물론 이것은 금속의 반응성을 고려한 것이지만 산성비 같은 것에 의해서 산성화되어있는 상황에서 산과 금속의 반응을 이용한 것입니다.
생활과학
흰옷이 물에 젖으면 왜 더욱 어두워 보이는 건가요
흰옷뿐만 아니라....천이나 종이나 땅이나 일단 물에 젖으면 다 색깔이 진하게 보입니다. 우리가 색을 볼 수 있는 것은 물체가 그 색깔의 파장을 가진 광선을 반사하기 때문입니다. 즉 파랑색으로 보이는 것은 파랑색의 파장을 가진 광선을 반사하기 때문입니다.
만약 모든 색의 빛이(가시광선) 전부 반사되면 하얗게 보이고, 모두 흡수되어 반사되지 않으면 검게 보이는 것입니다. 조명에서도 여러 색이 겹쳐지면 하얗게(밝게) 보입니다.
따라서 옷이 물에 젖는다 해서 반사하는 광선 종류 자체가 바뀌는 것은 아닙니다. 색의 진하고 엷음은 반사되는 양에 따라 다른 것입니다. 옷은 섬유표면이 오돌도돌한데(우리 눈에는 그렇게 보여지지 않지만 섬세하게 관찰하면) 그 사이에 물이 스며들면 매끄럽게 변합니다.
이렇게 되면 반사하는 빛의 강도가 줄어들게 되고, 또한 빛은 물을 통과하기 때문에 물을 만나면 반사되지 않아 색깔이 자연스럽게 진하게 보이는 것입니다.
한편 물은 투명도가 크지만, 표면에서의 반사는 의외로 작기 때문이죠. 즉 옷을 물에 담그면 섬유의 난반사가 줄어들고 물이 빛을 통과시키기 때문에 반사량이 그만큼 줄어들어 진한 색깔로 보이게 되는 것입니다. (난반사란 빛이 입사하면 여러 방향으로 반사되는 것인데, 비록 각각의 광선은 반사의 법칙을 따르지만, 각각의 입사광선이 서로 다른 각도로 입사하기 때문에 여러 방향으로 반사하게 되는 것입니다.) 이것은 비온 뒤 약간 마른땅에 비해 젖은 땅이 더 어두워 보이는 것과도 같은 원리입니다.
생활과학
얼음은 왜 뜰까요
일반적으로 고체-액체-기체 순으로 갈수록 그 부피는 증가합니다. 그러나 물은 예외입니다. 물은 4℃에서 밀도가 가장 높고 고체상태가 되면 오히려 밀도가 작아집니다. 그 이유는 바로 분자배열 상태에 있기 때문입니다.
또한 이렇게 얼음의 부피가 더 큰 이유는 수소 결합 때문입니다. 온도가 낮아져 얼음으로 변할 때 수소결합은 분자들을 잡아 매 단단한 고체를 형성합니다. V자형의 꼭지점에 있는 산소 원자는 원래 2개의 수소 결합을 만들 수 있기 때문에 다른 물분자들의 수소를 끌어당겨 산소 원자 1개에 4개의 수소가 달라붙는 형국이 됩니다.
이를 중앙의 산소 원자에서 보면 주변의 수소들이 마치 정사면체의 꼭지점에 하나씩 있어 그 모양이 방조제를 쌓을 때 쓰이는 발이 넷 달린 콘크리트 구조물을 연상시킵니다.
물분자들이 이런 식으로 얽히고 설켜 물은 액체로 있을 때보다 얼음이 될 때 공간을 더 많이 차지하게 돼 부피가 커지고 밀도가 낮아집니다. 따라서 얼음보다는 물의 밀도가 더 크기 때문에 얼음이 물위에 뜰 수 있는 것이죠.
가정의학
혈압을 측정하는 원리
혈압에는 수축기 혈압과 이완기 혈압이 있습니다. 수축기 혈압이 심장이 수축할 때(심장에서 피를 동맥으로 내 뿜어낼 때)의 혈압이고, 이완기 혈압은 심장으로 피가 들어올 때의 혈압입니다. 만약에 혈압이 150/60 이라면 앞의 것이 수축기 혈압이고 뒤의 것이 이완기 혈압입니다.
혈압을 재는 원리는 혈관에 어느 정도 이상의 압력을 가하면 혈액이 흐르지 않습니다. 그러다가 서서히 압력을 낮추면 어느 순간에 피가 통하게 될 것인데, 이 때 청진기를(팔딱팔딱하고 맥박소리가 들립니다) 통해서 혈관음을 들리기 시작합니다.
이 때의 혈압이 수축기 혈압입니다. 계속해서 압력을 낮추다보면 어느 순간에 더 이상 청진기를 통해 혈관음이 들리지 않는데 이 때를 이완기혈압이라고 합니다. 혈압의 단위는 mmHg 입니다.
혈관음이 들리는 원인은 혈관이 납작해져서 좁아진 부위의 하류에 난류가 흐르는데 난류가 혈관벽을 진동시켜서 들리게 되는 것입니다. 이완기혈압이하로 압력이 낮아지면 혈관이 정상크기를 되찾으므로 난류가 발생하지 않고 혈관음이 들리지 않게 되는 것입니다.
수축기혈압과 이완기혈압 둘 중에 하나라도 고혈압 범위이면 고혈압으로 정의합니다. 단 고혈압은 한 번 재서 진단하는 것이 아니라 두 번 이상 재어야 합니다. 잴 때도 편안한 상태에서 재어야지 막 뛰어와서 재면 안되겠죠. 그리고 기계로 재는건 부정확할 수도 있으므로 의사가 청진기틀 통해 재는것이 제일 정확합니다.
생활과학
석유로 만든 연료는 무엇이 있나요
연료로서 중요한 구실을 하는 석유제품은 경질에서부터 차례로 LPG·항공 가솔린·자동차 가솔린·제트 연료·등유·경유·중유 등으로 나눌 수 있습니다. 그리고 비행기는 항공유라는 것을 사용하는데 등유계통이라고 합니다. 항공유에 대해서는 아래의 글을 참고로 하시기 바랍니다.
항공유란 유정에서 채취된 원유는 여러가지 탄화수소의 혼합물이 주성분이고, 기타 광물질과 혼합되어 있는 점액질 형태입니다.
매장되어 있는 지역별로 텍사스산 중질유, 북해산 원유, 중동산 두바이유 등의 다양한 유종이 있습니다. 이를 정제하는 것을‘정유’라고 하며, 그 과정에서 각종 유류와 석유제품이 생산되게 됩니다.
항공유는 등유 계통의 제품입니다. 고속철도는 엄청난 힘을 낼 수 있는 견인 전동기를 12개 사용했습니다. 전동기 12개로(전기로) 1만8천6백 마력이라는 엄청난 힘으로 고속으로 주행할 수 있도록 하는 것입니다.
엔진은 크게 가솔린기관 엔진과 디젤기관 엔진으로 나누는데 가솔린기관은 휘발류나 LPG가스를 연료로 사용하고 디젤기관은 경유를 연료로 사용합니다.
블랙홀
블랙홀의 생성이유
과학자들에 의하면 블랙홀은 다음과 같이 두 가지 과정에 의해서 생성된다고 합니다. 첫째, 블랙홀은 질량이 매우 큰 별의 진화 마지막 단계에서 만들어질 수 있습니다.
별의 진화과정에서 작은 별은 마지막에 ‘백색왜성’이라는 최후 진화 단계를 거치지만, 태양보다 8배 이상 무거운 별은 ‘적색 초거성’이 되며, 초신성 폭발을 일으켜 ‘중성자별’로 남습니다. 폭발 과정에서 많은 먼지를 우주에 뿌리며, 여기서 다시 새로운 별이 탄생합니다.
중성자별은 밀도가 물의 1천14배에 이르는데, 이중 밀도가 무한대에 가까운 것을 ‘블랙홀’이라고 합니다. 이러한 별들은 ‘특이점(singularity)’이라고 하는 부피가 0이고 밀도가 무한대인 한 점으로 압축됩니다.
특이점은 블랙홀의 중심을 이루고 있으며 ‘사건의 지평선(event horizon)’이라는 블랙홀의 표면으로 가려져 있습니다. ‘사건의 지평선’ 안에서는 탈출속도(천체의 중력장에서 벗어나기 위한 물체의 속도)가 빛의 속도보다 커서 빛조차 우주공간으로 벗어날 수 없습니다.
둘째, 이처럼 별의 마지막 단계에서 생긴 블랙홀 외에 ‘원시 블랙홀’이라는 것이 있는데, 이는 약 150억 년 전 우주가 대폭발(big bang)에 의해서 창조될 때 물질이 크고 작은 덩어리로 뭉쳐져서 블랙 홀이 무수히 생겨난 것입니다.
원시 블랙홀은 물질이 자체 중력으로 붕괴해 블랙홀이 되기에는 질량이 모자라지만, 우주 탄생 초기에 우주 전체의 압력이 매우 커서 높은 밀도로 압축돼 많이 탄생한 것으로 믿어지고 있습니다.
지구과학
태양의 표면은 유체로 되어있나요
유체란 말 그대로 흐를 수 있는 성질을 지닌 물질을 말하며, 보통액체와 기체를 통틀어 말하는 말입니다.
그러니 태양표면이 유체라고 하여도 이상은 없을 것 같습니다. 하지만 구체적으로 말한다면, 아마도 태양에 존재하는 또 다른 성질인 플라즈마를 염두에 두고 그렇게 말씀하신 것 같군요. 다음은 태양표면에 대해 참고로 될만한 내용을 찾아봤습니다.
우리 눈에 보이는 태양의 표면은 대류층 위에 위치하는 광구라 하는 아주 얇은 가스층입니다. 태양에서 방출되는 복사에너지는 대부분 이 층에서 나옵니다. 광구의 두께는 300∼500km에 불과하나, 밀도는 하부로 갈수록 급격히 증가합니다.
광구 하층부의 온도는 약 8천K 반면에 그의 상층부의 온도는 약 4천5백K이다. 태양대류의 표면인 광구에서는 에너지 방출이 쌀알 조직(백반)의 형태로 나타나는데, 그들의 밝기는 고르지 못하고 그 형태도 시간에 따라 계속 변합니다.
백반의 중심부에서는 가스가 상승하고 있으며, 그 자리의 어두운 부분으로 다시 하강합니다. 광구 면에 나타나는 큰 어두운 무늬가 흑점인데, 그 지름은 지구의 몇 배나 되어 맨눈에도 볼 수 있습니다. 흑점은 광구보다 온도가 낮아 어둡게 보입니다.
지구과학
공룡이 멸종한 이유
공룡의 멸종에 대해서는 여러가지 의견이 있습니다. 공룡은 중생대 트라이아스기의 ‘데코돈트’라고 하는 원시 파충류에서 진화한 것으로 추측되는데, 초기에는 몸집이 비교적 작았으나 쥐라기에 들어서면서 몸집이 커지고 여러 종류로 분화되고 발전하였습니다.
대부분의 공룡이 사납게 보이지만 몇 종류의 공룡만 육식성이고 사나울 뿐, 그 밖의 공룡은 모두 초식성이고 비교적 온순하였습니다.
특히 초식성 공룡인 디플로더쿠스는 몸길이가 27m, 몸무게도 약 10톤에 달하였을 것으로 추정됩니다. 공룡류는 땅 위를 걸어다니는 공룡뿐만 아니라 하늘을 날아다니는 익룡, 바다에서 헤엄쳐 다니는 어룡도 있었습니다.
공룡류는 지금부터 약 6천5백만년 전인 백악기 말에 갑자기 지구에서 전멸했습니다. 공룡이 멸종된 이유를 제시한 이론이나 학설 중 아직 정설로 된 것은 없지만, 최근 가장 그럴듯한 이론과 증거가 제시되었습니다.
이 이론에 따르면 약 6천5백만년 전에 지름이 약 10km에 달하는 거대한 운석이 우연히 지구에 충돌했습니다. 이 때 일어난 폭발로 엄청난 열이 발생, 지구상의 숲을 거의 다 태웠고, 이로 인한 먼지 구름이 수개월 동안 하늘을 뒤덮어 햇빛을 차단함으로써 기후가 냉각되어 공룡류와 수많은 파충류가 전멸하게 되었다는 것입니다.
그러나 이와 같은 운석 충돌설에 대해 몇 가지 문제점이 지적되고 있는데, 첫째, 중생대 말기의 대량 멸종이 왜 공룡이나 몇몇 생물 집단에만 일어났는가 하는 점입니다.
이 설은 공룡류만 멸망하고 같은 파충류인 악어나 거북, 그 밖의 포유류는 어떻게 살아 남았는가를 설명하지 못하고 있습니다. 둘째로, 거대 운석의 충돌로 유발된 여러 파괴적 현상이 지질학적 증거가 될 만큼 대규모로 발견되지 않는다는 점입니다.
즉 운석충돌이 일어났다면 큰 해일에 의해 세계 곳곳의 해안에 엄청난 지형 변화가 있어야 하는데 이와 같은 지질학적 증거를 찾아볼 수가 없다는 것입니다.
최근에는 공룡의 멸종에 대해서 백악기 말의 오존층 파괴, 산성비, 초신성 폭발 등의 다른 요인도 제기되고 있습니다. 하지만 대체적으로 이러한 여러 원인이 복합적으로 작용하여 공룡을 멸종시켰다고 보는 것이 타당할 것 같습니다.
생활과학
잉크볼펜의 원리
볼펜은 중력의 원리를 이용한 것으로, 볼펜 속의 잉크가 중력으로 인해 아래쪽으로 내려오면 펜 끝에서 그 양을 조절해 글씨가 쓰여지는 것입니다.
물론 중력이 있어도 볼펜의 볼이 있기에 잉크가 떨어지지는 않습니다. 볼펜의 볼이 돌면서 대롱에 담긴 잉크를 묻혀서 글이 써지는 것이니까요.
결국 우주에는 중력이 없으므로 일반 볼펜은 나오지 않습니다. 그래서 볼펜 대신 연필을 사용합니다. 미국에서는 거금을 들여 중력과 무관하게 사용할 수 있는 우주용 볼펜을 만들었다고 하는데, 반면 러시아에서는 우주에서는 그냥 연필을 쓴다고 한 재미있는 일화도 있습니다. 재미있는 것 같아서 그 일화를 올려드립니다.
1960년대 미국과 소련간의 우주개발 경쟁이 치열했던 때의 일입니다. 소련이 먼저 인공위성을 쏘아 올리자 자극을 받은 미국은 ‘우주’에 관련된 것이라면 어디든 막대한 돈을 쏟아부어 이내 소련을 따라잡았습니다.
이처럼 미국이 우주에 목을 매다시피 하고 있을 때 한가지 문제가 떠올랐습니다. 우주비행사들이 무중력 상태에서 볼펜을 쓸 수 없어 우주에서 한 실험을 기록으로 남기지 못했던 것입니다.
볼펜은 세워서 쓰는 동안 잉크가 중력에 의해 조금씩 아래로 내려오며 펜 끝의 볼을 적셔 계속 글씨가 써지는데, 무중력 상태에서는 잉크가 흘러 내려오지 않으므로 글씨를 쓸 수 없었습니다. 필요는 발명의 어머니라 했던가.
미 항공우주국(NASA)은 곧바로 우주공간에서도 쓸 수 있는 볼펜 개발에 착수했습니다. 이름하여 스페이스 펜(Space Pen) 프로젝트. 잉크가 든 대롱 뒤에 작은 압축공기 탱크를 달아 잉크를 공기가 밀도록 했습니다.
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