지식의 두루마리

 파란 하늘에 솜사탕처럼 두둥실 떠 있는 하얀 구름을 보면 마음마저 가벼워지는 기분이 드는데요. 깃털처럼 가벼워 보이는 구름이지만 사실 뭉게구름 하나가 머금고 있는 물의 무게는 코끼리 100마리와 비슷한 500톤에 달한다는 사실 알고 계시나요? 이렇게 상상을 초월할 정도의 무거운 물탱크가 어떻게 땅으로 추락하지 않고 하늘에 얌전히 떠 있을 수 있는 것일까요? 중력의 법칙을 무시하고 신비로운 모습으로 있는 구름은 물방울의 크기와 상승 기류가 만들어내는 대기과학의 원리가 숨겨져 있습니다. 무거운 구름이 하늘에 떠 있는 이유를 과학적 이유로 설명해 드릴테니 하늘을 보시면 기분 전환을 해보세요. 구름에 대한 흔한 착각 구름이 하늘에 떠 있는 이유를 알아보기 전에 우리가 생각하는 오해부터 바로잡아야 하는데요. 많은 사람들이 구름을 수증기인 기체로 생각하지만 수증기는 우리 눈에 보이지 않는 투명한 상태입니다. 우리 눈에 보이는 하얀 구름의 정체는 대기 중의 수증기가 엉겨 붙어 만들어진 아주 작은 액체 상태의 물방울이거나 고체 상태의 얼음 알갱이인데요. 하늘에 떠있는 구름은 명백히 질량과 무게를 가진 액체와 고체 덩어리랍니다. 무게가 있을때는 당연히 지구의 중력으로 인해서 땅으로 떨어져야 하지만 왜 떨어지지 않을까요? 중력을 이겨내는 물방울의 초미세 크기 수백 톤의 물이 하늘에 떠 있을 수 있는 첫 번째 이유는 그 물이 하나의거대한 덩어리가 아니라 셀 수 없이 많은 초미세 물방울로 쪼개져 있기 때문입니다. 공기 저항과 종단속도 구름을 이루는 물방울 하나의 지름은 약 0.01 mm에 불과합니다. 머리카락 굵기의 10분의 1도 안 되는 엄청나게 작은 크기인데요. 물체가 작아지면 부피에 비해 겉면적이 상대적으로 넓어지게 되는데 이로 인해 물방울이 아래로 떨어질 때 공기와 부딪히며 엄청난 공기저항을 받게 됩니다. 물방울을 아래로 당기는 중력과 위로 밀어 올리는 공기 저항이 균형을 이루면 물방울은 더 이상 속도가 빨라지지 않고 일정한 속도로 떨어지는데 이를 종단속도라고 합니...

 공기가 맑은 시골이나 산속에서 밤하늘을 올려다보면 수많은 별들이 보석처럼 빛나는 것을 볼 수 있습니다. 그런데 별들을 자세히 관찰해보면 빛의 색깔이 모두 같지 않다는 것을 알 수 있는데요. 어떤 별은 차가운 느낌의 푸른색이고 뜨거운 태양은 주황색 또는 노란색이며, 오리온 자리의 별은 또 붉은색으로 보이기도 합니다. 과연 우주 공간의 별의 색깔이 제각각인 이유는 무엇일까요? 혹시 별을 이루고 있는 화학성분이 달라서 일까요? 그러나 별의 색깔을 결정짓는 가장 중요한 요소는 바로 별이 얼마나 뜨거운지를 나타내는 표면 온도에 있습니다. 오늘은 지구과학 시간에 등장하는 별의 색깔과 표면 온도의 관계, 그리고 이를 증명하는 흑체 복사 스펙트럼의 원리에 대해 설명해드리겠습니다. 별의 색깔을 결정하는 표면 온도 우주에 떠 있는 스스로 빛을 내는 별은 거대한 가스 구멍덩어리 안에서 엄청난 핵융합 반응을 일으키면 빛과 열을 뿜어냅니다. 많은 사람들이 별의 색깔이 다르면 별을 구성하는 가스의 성분이 다를 것으로 생각하지만 우주의 별들은 대부분 수소와 헬륨이라는 비슷한 성분으로 구성되어 있습니다. 성분이 비슷한데 왜 색깔은 다를까요? 그것은 바로 별의 껍질 부분인 표면 온도가 제각각이기 때문인데요. 표면 온도가 높은 별일수록 에너지가 강한 푸른 빛을 내고 표면 온도가 상대적으로 낮은 별일수록 에너지가 약한 붉은빛을 방출하기 때문이에요. 온도를 눈으로 보는 방법 온도가 높을수록 푸른색이 되고 낮을수록 붉은색이 된다는 사실이 일상적인 감각과는 반대라서 체감이 되지 않을 수 있습니다. 하지만 우리 주변에서 발생하는 현상을 좀 더 깊게 바라보면 알 수 있습니다. 부엌의 가스레인지 불꽃 집에 있는 가스레인지 불을 켜보세요. 정상적으로 불이 잘 붙어 가장 온도가 높고 뜨거운 안쪽은 푸른색을 띱니다. 반면 가스가 불완전 연소하여 온도가 상대적으로 낮은 불꽃의 바깥쪽은 붉은색과 노란색으로 보입니다. 즉 진짜 뜨거운 불은 파란색입니다. 대장간에서 달궈지는 쇳덩이 대장장이가 칼을 만들거나 ...

 어두운 밤하늘을 밝혀주는 달은 매일 밤 그 모양이 바뀌는데요. 어떤 날은 눈썹처럼 얇은 초승달로 또 어떤 날은 반원 모양의 반달로, 또 어떤 날은 둥글고 환한 보름달로 우리의 머리 위에 떠오릅니다. 과거 사람들은 달이 차고 기우는 모습을 보며 신의 섭리나 마술이라고 생각하였는데요. 과학이 발달하면서 이것이 우주의 공간속에서 움직이는 별들처럼 아주 정교한 그림자놀이로 설명하고 있습니다. 달이 지구를 한바퀴 도는 데 걸리는 시간을 찾아보면 27.3일과 29.5일 두가지가 나와 있어 많은 학생들을 혼란스럽게 만드는데요. 과연 달의 진짜 공전 주기는 무엇일까요? 오늘은 달의 위상이 변하는 이유와 근본적인 과학적 원리, 삭망월과 항성월의 차이를 설명해드리려고 합니다. 달의 모양이 변하는 근본적인 이유 달의 모양이 변하는 이유를 이해하려면 먼저 우주의 빛에 대한 한 간지 중요한 사실을 알아야 하는데요. 바로 달은 스스로 빛을 내지 못하는 천체하는 점입니다. 우리가 보는 밝은 달빛은 달이 스스로 뿜어내는 빛이 아니라 태양에서 날아오는 엄청난 빛이 달의 표면에 부딪혀서 거울처럼 반사된 것입니다. 어두운 방 안에서 손전등으로 축구공을 비추면 빛을 받는 한쪽 면만 밝게 빛나는 것과 같습니다. 그렇다면 왜 매일 보이는 밝은 면의 크기가 달라질까요? 그것은 달이 지구 주위를 도는 공전을 하기 때문인데요. 달이 지구 주위를 궤도를 따라 이동하면서 태양, 지구, 달 세 천체가 이루는 각도가 달라져서 입니다. 우리는 지구에 고정되어 있고, 달이 태양 빛을 받는 각도가 달라지는 과정으 시시각각 관찰하고 있는 셈이지요. 달의 위상 변화 과정 달이 지구를 한 바퀴 도는 동안 태양 빛을 반사하는 면적이 우리 눈에 어떻게 보이는지 위상 변화를 순서대로 알려드리겠습니다. 삭: 달이 태양과 지구 사이에 일직선으로 들어간 상태입니다. 달의 뒷면만 태양 빛을 받고 지구를 향한 앞면은 그림자에 가려져 있어 우리 눈에 달이 아예 보이지 않습니다. 초승달: 삭에서 며칠이 지나 달이 궤도를 조금 이동...

 많은 사람들의 버킷 리스트 여행지 중 하나로 꼽히는 북유럽이나 캐나다의 밤하늘에는 마치 초록색 커튼으로 춤을 추는 듯한 환상적인 빛의 광경이 펼쳐집니다. 우리는 이러한 경이로운 자연 현상을 로마 신화속에 새벽의 여신이 오로라고 부르는데요. 눈으로 보기에는 그저 아름답고 평화로운 빛의 장막 같지만 사실 오로라의 이면에는 태양과 지구가 쉴 새 없이 벌이고 있는 치열한 우주 전쟁이 숨어있습니다. 만약 지구가 태양에 패해 지게된다면 모든 지구 생명체는 멸종하고 만다고 하는데요. 과연 우주 공간에는 어떤 물리적 충돌이 일어나고 있기에 아름다운 빛이 만들어지는데요. 오로라가 생기는 과학적 이유와 태양풍과 지구 자기장의 상호작용을 설명해 드리겠습니다. 오로라를 만드는 우주의 무법자 태양풍 오로라를 만드는 첫번째 재료는 우리 태양계의 중심인 태양에서 날아옵니다. 태양은 따뜻한 빛과 열만 방출하는 것이 아니라 엄청난 양의 에너지를 가진 플러스와 마이너스 전하를 띤 플라즈마 입자를 우주 사방으로 뿜어내고 있습니다. 이렇게 태양에서 뿜어져 나와 초속 400 ~800km로 우주 공간을 날아다니는 고에너지 입자들의 흐름을 태양풍이라고 부르는데요. 이 태양풍은 마치 우주에서 쏘아대는 거대한 에너지 총과 같아서 이 입자들을 생명체가 맨몸으로 맞게 되면 세포의 DNA가 파괴되어 치명적인 피해를 입게 됩니다. 생명체를 지키는 보이지 않는 지구 자기장 다행스럽게도 우리의 지구는 태양풍의 공격을 막아낼 수 있는 강력한 방어체계를 갖추고 있는데요. 바로 지구 자기장이라고 불리는 현상입니다. 지구 중심부에 있는 펄펄 끓어오르는 액체 상태의 철과 니켈이 끊임없이 회전하면서 지구 전체를 거대한 막대자석으로 만듭니다. 이로인해 지구 주변에는 눈에 보이지 않는 강력한 자기장 방어막이 현상되는데요. SF 영화에서 우주선이 적의 레이저 공격을 막기 위해서 투명한 쉴드를 펼치는 것을 상상하시면 됩니다. 지구를 향해 날아노는 무자비한 태양풍 입자들이 자기장 방패에 부딪혀 지구를 비껴가게 됩니다. 방패와...

 구름이 없는 맑은 밤하늘을 올려다볼 때 우리는 수많은 별들이 보석처럼 반짝이는 아름다운 광경을 보게 됩니다. 어린 시절 부르던 동요 반짝반짝 작은별의 가사처럼 우리는 당연스럽게 별이 스스로 빛을 내어 깜박거린다고 생각하곤 합니다. 하지만 우주 공간에 있는 별들은 실제로 반짝이거나 깜빡이지 않습니다. 우리가 보는 우주 별의 깜빡임은 우주가 아닌 지구가 만들어내는 광학적 착시 현상입니다. 멀리 떨어져 있는 볓빌이 우리 눈에 도달하는 과정 또한 많은 일들이 생겨나는데요. 그래서 밤하늘의 별이 반짝이는 이유를 알아보려고 합니다. 우주의 별은 원래 반짝이지 않는다 스스로 빛을 내는 별을 과학 용어로 항성이라고 부릅니다. 우리의 태양도 하나의 항성입니다. 우주 공간에 떠 있는 항성들은 마치 거대한 용광로처럼 끊임없이 일정한 밝기의 빛을 우주 사방으로 뿜어내고 있습니다. 만약 우리가 대기가 전혀 없는 우주 공간에 나가서 별을 바라본다면 별들을 깜빡임 없이 형광등처럼 아주 뚜렷하고 일정한 빛을 내는 점 형태로 보일 것입니다. 즉 별이 스스로 빛의 밝기를 조절하며 반짝이는 것이 아니라는 것이죠. 별빛을 춤추게 만드는 지구의 대기 그렇다면 일정한 별빛을 깜빡이게 만드는 범인은 누구일까요? 바로 우리가 숨을 쉬고 있는 지구의 대기입니다. 별빛이 우주 공간을 지나 우리의 눈에 도달하려면 두께가 수백 킬로미터에 달하는 지구의 대기층을 통과해야합니다. 대기의 움직임과 난류 현상 지구를 둘러싼 대기는 가만히 멈춰있는 유리창이 아닌데요. 공기는 온도와 압력에 따라 끊임없이 이동하며 바람이 불고 찬 공기와 더운 공기가 뒤섞이는 엄청난 소용돌이가 발생하고 있습니다. 빛의 굴절과 흔들리는 별빛 별에서 출발한 한 줄기의 얇은 빛이 지구 대기권으로 진입하면 이렇게 온도와 밀도가 제각각인 공기층을 수없이 통과하게 됩니다. 빛은 밀도가 다른 물질을 통과할 때 진행 방향이 꺾이는 굴절 현상을 겪습니다. 공기가 쉴 새 없이 움직이고 섞이기 때문에 별빛도 1초에 수십 번씩 이리저리 꺾이고 흔들리게...

비가 거세게 내리다가 그치고 맑은 하늘이 드러날 때 혹은 시원하게 쏟아지는 폭포수 근처에 서있을 떄 우리는 아름다운 일곱 빛깔 아치형 다리를 만나게 됩니다. 바로 무지개 레인보우 인데요. 과거 동화나 신화 속에서 무지개는 요정들의 다리나 희망을 가져다주는 희망의 상징으로 여겨졌습니다. 하지만 과학적인 시점으로 바라본다면 무지개는 태양 빛과 대기 중의 작은 물방울들이 만나 만들어내는 거대하고 정교한 광학쇼입니다. 투명하게만 보이는 햇빛이 어떻게 화려한 일곱 가지 색으로 변하여 우리 눈에 보이는 것일까요? 오늘은 무지개가 생기는 원리와 빛의 굴절과 분산이라는 과학적 원리를 알려드리도록 하겠습니다. 물방울 속 3단계 현상 굴절, 반사, 분산 태양빛이 공기를 가르며 날아오다 공기 중에 떠 있는 작은 물방울과 충돌하면 물방울 내부에서는 눈 깜짝할 사이에 3가지 물리적 변화가 일어납니다. 1단계: 물방울로 들어가며 꺾이는 굴절 빛은 공기 중을 이동할 때보다 물속을 통과할 때 속도가 느려집니다. 이렇게 물질이 달라지면서 빛의 속도 차이가 발생할 때 빛의 직진 경로가 꺾이는 현상을 굴절이라고 합니다. 백색광은 물방울 표면을 뚤고 들어가며 첫번째로 꺾이게 됩니다. 2단계: 색깔별로 각도가 다르게 꺾이는 분산 여기서 가장 중요한 핵심 원리가 등장합니다. 빛의 색깔마다 고유한 파장의 길이가 다릅니다. 빨간색은 파장이 가장 길고, 보라색으로 갈수록 파장이 짧아집니다. 이를 자동차에 비유해 설명해 드릴게요. 빨간색 빛 (커다란 트럭): 차체가 무겁고 길며 코너를 돌 때 각도를 조금만 꺾어 완만하게 크게 돕니다. (굴절 각도가 작음) 보라색 빛 (날렵한 스포츠카): 차체가 짧고 가벼워 코너를 급격하게 꺾어서 돌 수 있습니다. (굴절 각도가 큼) 이렇게 파장에 따라 꺾이는 각도가 달라서 하나로 뭉쳐있던 백색광이 물방울 안에서 꺾일 때 발주노초파남보의 부채꼭 모양으로 넓게 퍼지면서 나뉘게 됩니다. 이를 과학계에서는 빛의 분산이라고 부릅니다. 3단계: 튕겨나오고 다시 꺾이는 반사와 2차 굴...

찬 바람이 불어오는 겨울철에 자동차 문 손잡이를 잡거나 두꺼운 스웨터를 벗을 때 "따끔" 하는 불쾌감을 주거나 불꽃이 튀는 경험을 받으신 적이 있을거에요. 간혹 사람과 손을 마주칠 때도 전기가 통하고는 합니다. 이처럼 일상생활에서 우리를 놀라게 만드는 불청객이 바로 정전기 입니다. 그렇다면 덥고 습한 여름에는 좀처럼 만나기 힘든 정전기가 겨울에 특히 잘 일어나는 과학적 이유는 무엇일까요? 단순히 기분 탓이 아리나 여기에는 대기중에 있는 수분과 물질을 구성하는 전자의 이동이 만들어내는 물리학적 법칙이 숨어있습니다. 오늘은 정전기가 무엇이고 어떠한 원리를 가지고 있는지, 겨울철에 왜 정전기가 더 잘 발생하는지 알려드리겠습니다. 멈춰있는 전기 정전기란 무엇일까? 정전기가 겨울에 심한 이유를 알기 위해서는 먼저 정전기가 어떻게 만들어지는지 알아야 합니다. 한자로 정전기는 흐르지 않고 머물러 있는 전기라는 뜻을 가지고 있는데요. 과연 어떤 과학적 의미를 가지고 있는지 자세히 소개해 드리겠습니다 가벼운 전자의 이동과 불균형 세상의 모든 물질은 원자로 이루어져 있고, 원자 안에는 + 전하를 띠는 원자핵과 - 전하를 띠는 전자가 균형을 이루고 있습니다. 그런데 이 중 - 전하를 띠는 전자는 아주 가볍고 자유로워서 외부에서 마찰을 가하게 되면 다른 물체로 이동하는 경향이 강합니다. 우리가 옷을 입고 움직일 때마다 피부와 옷 사이에는 수많은 마찰이 일어나는데요. 이때 전자가 한쪽으로 쏠리면서 우리 몸에는 전자가 과도하게 쌓이게 됩니다. 이렇게 몸에 쌓이 전기가 밖으로 나가지 못하고 머물러 있는 상태가 바로 정전기입니다. 쌓였던 전기가 한번에 폭발하는 방전 몸속에 갇혀있던 전자들은 밖으로 탈출하고 싶어 안달이 난 상태가 됩니다. 그러다가 금속으로 된 물 손잡이나 다른사람의 신체, 전기가 잘 통하는 물질에 닿는 순가 억눌려 있는 수만 볼트의 전자가 순식간에 이동하게 됩니다. 이때 발생하는 강한 충격과 불꽃을 과학적으로 방전이라고 부르는데요. 이것이 우리가 느끼는 ...

여름철 폭염이나 겨울철의 이상현상이 발생할 때마다 뉴스에서는 온실효과와 지구온나화 때문에 기후 위기가 심각하다는 보도를 자주 접하게 되는데요. 이 두단어는 항상 같이 사용되면서 사람들에게 똑같은 의미로 해석되고는 합니다. 하지만 과학적인 관점에서 온실효과와 지구온난화는 같은 뜻이 아닌데요. 하나는 우리가 살아가는데 없어서는 안 되는 생명의 은인이고 다른 하나는 우리 인류가 살아가는데 위협적인 치명적인 재앙이라 할 수 있습니다. 온실효과와 지구온난화의 차이점을 과학적인 원리로 설명해드릴테니 잘 읽어보세요. 생명체를 살리는 지구의 온실효과 먼저 온실효과는 지구가 태어난 이래로 계속 존재해 왔던 아주 자연스럽고 필수적인 현상입니다. 온실안이 바깥보다 따듯한 겨울처럼 지구의 대기가 우주로 빠져나가는 열을 붙잡아 지구를 따뜻하게 유지해주는 역할을 합니다. 온실효과의 과학적 원리 우리의 지구는 태양으로부터 막대한 에너지를 받습니다. 태양 복사에너지로 말이죠. 땅과 바다는 이 에너지를 흡수하여 다시 우주를 향해서 열을 내뿜게 됩니다. 이때 대기 중에 있는 이산화탄소, 수증기, 메테인과 같은 온실가스들이 우주로 날아가려는 열을 흡수하여 다시 지구로 반사시키는데요. 이과정으로 인해서 지구의 기온이 따뜻하게 유지되는 것입니다. 온실효과가 없다면 지구는 어떻게 될까? 만약 지구에 온실가스가 없어서 대기준에 온실효과가 사라지면 어떻게 될까요? 과학자들에 말에 따르면 현대 15도 정도인 지구의 평균 기온기 영하 18도 정도로 떨어진다고 하는데요. 이렇게 되면 모든 바다가 얼어붙고 생명체가 살기 어려운 얼음 행성이 됩니다. 즉 온실효과로 인해 지구 생명체가 번성을 하게 되는 자연현상이 일어나는 것이에요. 인간이 만든 기후의 비상상황 지구 온난화 반면 지구온난화는 18세기 산업혁명 이후 인잔의 무분별한 활동으로 인해 온실효과가 비정상적으로 발생하면서 지구의 평균기온이 급격하게 상승하는 이상 현상을 말하는 것입니다. 폭발적으로 증가한 온실가스 인류는 공장을 돌리고 자동차를 타기 위해서 석...

평화로운 일상생활 중에 갑자기 스마트폰에서 알려주는 긴급 재난 문자를 받아본 적이 있나요? 사이렌이 울리고 땅이 흔들리는 지진이 발생하려고 할때 알림을 줄 수 있는 것인데요. 지진파 P파와 S파의 차이점을 알아보려고 합니다. 지진은 발생하였을 때 사방으로 퍼져나가는 지진파의 속도차이가 있는 특징을 가지고 있습니다. 지진파는 크게 속도가 빠른 P파와 속도가 느리지만 큰 파괴력을 가지고 있는 S파로 나뉩니다. 학교에서 간단히 배울 수 있는 P파와 S파의 특징과 차이점 그리고 이 두 파동이 어떻게  우리 생활과 밀접한 관련이 있는지 설명해드릴게요. 지진파란 무엇일까? 지구 내부의 거대한 암석층이 갑자기 끊어지거나 어긋날 때 엄청난 양의 에너지가 방출하게 됩니다. 이 에너지가 물결처럼 사방으로 퍼져나가며 땅을 흔드는 현상을 우리가 지진이라고 부릅니다. 이때의 파동을 지진파라고 합니다. 지구 내부를 통과하여 전달되는 지진파는 파동이 흔들리는 방식과 속도에 따라서 P파와 S파의 두가지로 구분하고 있습니다. 가장 먼저 도착하는 P파 P파는 영어 단러 Primary의 첫번째 글자를 따서 만든 지진파의 이름입니다. 이름에서 알 수 있듯이 지진이 발생하여 가장 먼저 관측되는 파동입니다. P파의 속도와 진동 방향 P파의 이동 속도는 초속 6 ~ 8km로 총알의 속도보다 빠릅니다. P파의 가장 큰 특징은 파동이 나아가면서 진행하는 방향과 땅이 흔들리는 방향이 나란한 종파라는 점 입니다.  간단히 이야기하면 기다란 용수철의 한 쪽 끝을 잡고 앞뒤로 밀었다 당겼다 할 때처럼 빽빽한 부분과 듬성듬성한 부분이 생겨 앞으로 에너지가 전달되는 과정과 같은 것입니다. P파의 파괴력과 통과 물질 땅이 앞뒤로 미세하게 떨리기 때문에 우리가 지진이 와도 진동이나 건축물이 받는 피해가 비교적 적은 편입니다. 우르르 하는 소리와 함께 지진이 땅위를 가볍게 지나가는 것이라면 P파가 지나가고 있다고 생각하시면 됩니다. 또한 P파는 매우 유연한 성질을 가지고 있어서 고체, 액체, 기체 모든 ...

 1분 만에 음식이 뜨거워지는 비밀 냉장고에 차갑게 식은 피자 냉동실에 넣어 둔 만두를 단 1분만에 김이 모락모락 나는 요리로 바꿔주는 제품인 전자레인지에 대해 알고 계시나요? 가스레인지처럼 불이 직접적으로 발생하는 것도 아니고 오븐처럼 뜨거운 열선을 이용해 가열을 하는 것이 아닌데 어떻게 음식의 속까지 뜨거워질 수 있는 것일까요? 더욱 신기한 것은 음식을 담고 있는 유리 그릇이나 도자기 접시는 그렇게 뜨거워지지 않고 오직 그릇에 담긴 음식물만 뜨거워지는 것인데요. 불 없이 열을 만들어내는 이 현상은 마이크로파라는 빛과 음식물의 물 분자와 관련되어 있습니다. 오늘은 일상에서 자주 사용하는 전자레인지가 음식을 데우는 원리를 알려드릴게요. 불 없이 열을 만들어내는 마이크로파 전자레인지의 영어이름은 Microwave oven 인데요. 이름에서 알 수 있듯이 이 가전제품은 마이크로파라는 특수한 전자기파를 이용하고 있습니다. 마이크로파는 우리가 라디오나 스마트폰을 이용하는 등 통신을 사용할 때 전파의 일종으로 눈에 보이지 않는 특징을 가지고 있습니다. 가전제품인 전자레인지 내부에는 마그네트론이라는 핵심부품이 있는데 이곳에서 1초 동안 24억 5천만번의 진동을 한다고 합니다. 사람의 눈으로 볼 수 없을 만큼 매우 많은 수치인데요. 이같이 마이크로파가 유리나 종이, 플라스틱 등과 같은 물질은 통과하지만 음식물 속에 있는 수분과 만나면 특별한 반응을 하게 됩니다. 물 분자의 회전과 마찰열 전자레인지가 음식을 데우는 원리는 마이크로파가 뜨거워서가 아니라는 것은 아실거에요. 이제 핵심원리가 음식물 속에 있는 물 분자가 마이크로파의 격렬하게 반응하여 스스로 열을 내는 것이라고 알게 되었는데요. 과학용어로 이것을 유전 가열이라고 부릅니다. 너무 어려운 단어이기에 여러분은 개념정도만 아셔도 될 것 같아요. 작은 자석처럼 행동하는 물 분자 물 분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개로 이루어져 있습니다. 그런데 물 분자는 결합 구조로 인해서 산소쪽은 음전하, 수소쪽을 양전하는 ...

 고산지대에서 흔히 겪는 요리 난관 등산, 트레킹 또는 고산 캠핑을 즐기는 분들이 자주 마주하는 상황이 있습니다. 열심히 불을 지폈는데 산 위에서 밥을 지으면 설익는 경우가 발생하는 것인데요. 왜 이렇게 될까요?  이 현상은 일반적인 조리 실수가 아니라 대기압과 물의 끓는점 사이에서 발생하는 물리학적 관계 때문입니다. 열역학의 기본 원리를 중심으로 산에서 밥을 할 경우 설익는 이유를 설명해드릴게요. 실생활에서 종종 발생할 수 있으니 사전에 과학적 지식을 쌓아두고 자연 현상을 극복해보시면 좋을 것 같습니다. 대기압의 개념과 고도에 따른 변화 지구는 두꺼운 대기층으로 둘러싸여 있습니다. 이 대기는 중력으로 인해 지표면에 더 많이 존재하고 높이에 따라 대기압이 다른데요. 해수면을 기준으로 표준 대기압은 1atm (1013 hPa) 입니다. 고도가 높아질수록 중력이 약해져 공기 밀도가 감소하기 때문에 대기압은 급격하게 떨어집니다. 해발 1000m: 0.89 atm 해발 2000m: 0.79 atm 해발 3000m: 0.70 atm 해발 5000m: 0.53 atm 에베레스트 정상: 약 0.33 atm 이러한 압력 변화는 숫자의 차이만 주는 것이 아니라 주변 환경의 물리적 조건을 바꾸면서 많은 것들이 바뀌게 됩니다. 기압과 물의 끓는점 물의 끓는점은 고정된 값이 아닌데요. 증기압과 외부 기압의 관계에 따라 달아집니다. 물 분자들이 액체 상태에서 기체로 전이하려면 주변 기압을 이겨내야 하는데요. 기압이 낮아질수록 분자들이 더 적은 에너지로도 기체가 될 수 있기때문에 끓는점이 낮아집니다.  해수면 1atm: 100 도 해발 1500m: 95 도 해발 3000m: 90 도 해발 5000m: 83 도 이처럼 산에 올라가면 올라갈수록 물이 100도에 도달하지 못한 채 끓기 시작합니다. 물이 끓어도 실제 온도가 해수면보다 상당히 낮은 상태로 유지되는 것인데요. 일상생활을 하는 곳과 산의 높이 차이가 크다면 이 경험은 정말 생소하게 다가올 거에요. 쌀의 호...

공항에 가서 큰 여객기를 가까이서 본 적이 있나요? 세계에서 가장 큰 여객기로 불리는 에어버스 A380은 최대 이륙무게가 무려 500톤이 넘는데요. 이렇게 비행기가 무거운 무게에도 하늘을 자유롭게 날아가는 이유는 무엇일까요? 쇳덩어리가 중력을 거스르고 하늘 위로 가볍게 떠오를 수 있는 것일까요? 우리가 흔히 엔진의 힘이라고 생각하기 쉽지만 엔진은 비행기를 앞으로 나아가게 하는 힘을 전달할 뿐 실제로 하늘로 올려주는 역할을 하지 않습니다. 비행기의 날개와 보이지 않는 공기의 힘이 무거운 비행기를 하늘로 날아가게 해주는데요. 하늘을 향해 날아가는 양력의 비밂 베르누이의 정리와 뉴턴의 운동 법칙을 알려드릴테니 비행기를 타실때 기억해보시기 바랍니다. 비행기를 지배하는 4가지 힘 비행기가 하늘을 안전하게 날기 위해서는 눈에 보이지 않는 4가지 힘이 완벽하게 균형을 이루어야 합니다. 양력을 알기 위해 기본적인 4가지 힘의 역할을 알려드릴테니 가볍게 읽어보세요. 중력: 지구가 비행기를 아래로 즉 지구로 끌어당기는 힘입니다. 비행기가 무거울수록 중력이 커지게 됩니다. 추력: 제트 엔진이나 프로펠러가 공기를 뒤로 밀어내면서 앞으로 나아갈 수 있도록 만드는 힘을 말합니다. 항력: 비행기가 앞으로 나아가면서 공기가 부딪히게 되는데요. 이때 발생하는 마찰력을 항력이라고 합니다. 즉 전진을 방해하는 힘이에요. 양력: 하늘을 나는 힘인 양력은 공기의 흐름을 이용하여 비행기를 위로 띄워 올리는 힘입니다. 즉 중력과 반대가 되는 힘으로 가장 핵심이라고 할 수 있습니다. 비행기가 이륙을 하기 위해서는 엔진의 힘 추력이 공기의 저항력 보다 커야 합니다. 날개가 만들어내는 양력이 비행기의 무게 중력보다 커야만 하늘로 떠오르게 됩니다. 양력을 만드는 비밀 베르누이의 정리 그렇다면 비행기는 어떻게 무거운 중력을 이겨내고 하늘을 날 수 있는 양력을 만들어 낼 수 있을까요? 첫번째 해답은 스위스의 과학자인 다니엘 베르누이가 발견한 베르누이 정리에 있습니다. 이 정리를 간단히 설명하면 유체의 속도가 빨...

우주의 미스터리 블랙홀 우주에서 가장 특별한 천체 현상 중 하나는 블랙홀인데요. 빛조차 빠져나갈 수 없다는 이 현상이 오랜 기간 상상속에서 존재해왔습니다. 그러나 현대적인 과학기술의 발달로 인해서 블랙홀이 더이사 과학자들의 상상속 존재가 아니게 되었는데요. 2019년 사건의 지평선 망원경이 인류 최초로 블랙홀의 실제 모습을 촬영하면서 블랙홀의 탄생 원리와 우주의 비밀이 하나씩 풀리게 되었습니다. 별의 일생과 블랙홀 탄생의 시작 블랙홀은 대부분 대질량의 항성 최후에서 탄생하게 됩니다. 별의 탄생과 안정: 별은 거대한 수소 구름이 중력으로 수축하면서 탄생하게 됩니다. 중심부에서는 핵융합이 일어나면서 빛과 열을 방출하고 이 압력과 중력이 균형을 이루면서 우주를 지탱하고 있습니다. 수명 종료: 별의 질량이 클수록 수명은 짧아집니다. 태양 질량의 8배 이상인 별은 수소와 헬륨, 탄소 등 무거운 원소를 차례대로 융합하게 됩니다. 그러나 철까지 도달하게 되는데요. 철은 융합 시 에너지를 많이 소비하기 때문에 핵융합이 멈추게 됩니다. 이 순간에 별의 중심을 지탱하고 있던 외압이 사라지면서 중력 붕괴가 일어납니다. 별의 외곽 물질이 초신성 폭발로 날아가며, 남은 핵심 코어는 극도로 압축됩니다. 블랙홀 형성조건 코어의 질량이 태양 질량의 3배를 초과하게 되면 중력은 중성자 축퇴압마저 이겨내면서 특이점으로 무한히 수축을 하게 됩니다. 말이 다소 어렵지만 무거운 물질이 그 힘을 이겨내지 못하게 될 때 블랙홀이 탄생하게 되는 것이에요. 사건의 지평선이란? 사건의 지편선은 블랙홀의 있어서 가장 중요한 경계입니다. 정의: 사건의 지평선은 빛 조차 탈출 할 수 없는 한계 반경인데요. 이 경계를 넘어서게 되면 모든 것이 블랙홀 중심의 특이점으로 떨어지게 되며, 외부 관찰자 입장에서 바라볼 때 사라지는 것으로 보이게 됩니다. 슈바르츠실트 반경: 비회전 블랙홀의 사건의 지평선의 크기는 다음의 공식으로 계산할 수 있습니다. R= 2GM/c^2 여기서 G는 만유인력 상수이고 M은 블랙홀의 질량, ...

 바다에 밀물과 썰물은 왜 생기는 것일까? 여름이나 휴가철을 맞아서 서해안의 바다에 가보셨나요? 시간에 따라 바다에 밀물과 썰물이 생기면서 큰 휴식처를 만들어 주는데요. 아침에는 끝없이 펼쳐지는 갯벌이 시간이 지나면서 바닷물로 가득차서 또 다른 자연 환경을 만들어 버리기도 합니다. 이와 같이 바닷물이 정기적으로 들어오고 나가는 현상을 우리는 밀물과 썰물이라고 부릅니다. 지구에서 흐르고 있는 바닷물이 어떻게 자연스럽게 움직이고 있는 것일까요? 이것은 지구와 관련이 있을 것 같지만 사실 지구보다 달과 태양과 같이 우주에 있는 다른 요인에 의해 변경되는 것인데요. 오늘처럼 바다에 밀물과 썰물이 생기는 이유에 대해서 과학적인 원리로 설명을 드려보도록 하겠습니다. 조석 현상과 기초 과학 용어 정리 본격적으로 원리를 알아보기 전에 교과서나 뉴스 등 생활속에서 들어볼 수 있는 조석 현상에 대해서 설명해 드릴게요. 이러한 기초 과학 용어를 알고 있어야. 제가 설명하는 내용에 대해 보다 이해하기 쉬울거에요.  조석 현상: 달과 태양의 중력에 의해서 바닷면의 높낮이가 주기적으로 오르거나 내려가는 현상을 말합니다. 밀물과 썰물: 바닷물이 육지로 들어오는 것을 밀물, 반대로 바다로 나가는 것을 썰물이라고 합니다. 이것으로 인해 해수면의 높낮이가 달라지는 것이지요. 만조와 간조: 밀물이 들어와 바닷물이 가장 높아졌을까 만조. 반대로 물이 빠져가면서 바닷물의 높이가 가장 낮아졌을때를 간조라고 불러요. 조차: 만조와 간조의 해수면 높이 차이를 조차라고 합니다. 우리나라의 경우 서해안의 바다는 이 조차가 매우 크기 때문에 갯벌이 잘 발달해 있는데요. 이것으로 인해 많은 동식물이 서식하고 있습니다. 밀물과 썰물이 생기는 원리 그러면 지구에 붙어 있는 무거운 바닷물을 움직이는 힘의 정체는 무엇일까요? 이 힘의 정체는 기조력이라는 것에 있는데요. 달이 우주 공간에서 지구를 끌어당기는 힘인 인력과 지구가 회전을 하면서 밖으로 나가려는 원심력에 의해 만들어집니다. 달이 물을 당기는...