지구 속에 숨어 있는 석유
시카고에 사는 벤 오델 독자의 질문:
8월호에서 천문학자 토마스 골드가 지구 내부에 석유가 풍부히 매장되어 있다는 자신의 이론이 틀렸을 수도 있다고 암시했는데 최근 조사 결과에 의하면 오히려 그 반대로 드러나고 있지 않은가요?
아이러닉하게도, 논쟁을 불러일으킨 천문학자 토마스 골드의 이론은 그의 사망 직후 지지를 얻었다. 골드는 방대한 양의 석유가 지구 형성의 흔적인 지구 표면 아래 아주 깊이 매장되어 있다고 주장해왔다. 그러나 대부분은 이것이 불가능하다는 입장을 표명해 왔다. 맨틀 내의 강력한 열과 압력으로 인해 석유는 용암으로 변해버렸으리라는 것이다. 게다가 유기체가 분해되면서 석유가 형성된다는 사실을 감안해보더라도, 생명체가 하나도 없던 지구생성 초기에 석유가 생겨났을 리 없다는 점도 반대의 이유였다.
따라서 사우스 밴드 인디아나 대학의 물리학자 헨리 스코트와 그 동료들은 지난 여름 한 가지 실험을 통해 거대한 양의 메탄(천연 가스의 주요 구성 성분)이 지구 내부에서 무기체로부터 생성될 수 있다는 결과를 얻어내자, 골드가 이걸 알고 싶어 할지 모른다고 생각했다.
골드의 사망 사실을 알기 전 스코트는 그에게 전체 작업을 검토해달라고 부탁할 계획도 세우고 있었다. 자, 이제 독자 질문에 답할 차례다. 스코트의 분석으로 골드의 이론이 옳다는 점은 증명할 수는 없었으나 적어도 무용한 이론이라는 오해에서는 벗어날 수 있었다. “그 논쟁을 해결하지는 못했지요.” 라며 스코트는 “하지만 골드의 기본적 아이디어는 실제로 상당히 논리적인 것입니다.”라고 덧붙였다.
스코트는 골드의 석유 이론을 요약한 1998년도 저서인
그리고 장치를 이용해 온도 1,500도 그리고 해수면보다 10만배 높은 압력을 생성시켰다. 이 같은 조건은 방해석 속의 탄소가 물속의 수소와 반응하도록 촉진시켜 메탄을 생성하게끔 만들었다. 이 실험은 반드시 석유와 천연가스는 아닐지라도, 지구 내부 깊은 곳에 수소가 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 다음 실험에서 스코트는 좀더 묵직한 주제로 옮겨갈 계획이다.
그러나 맨틀 내부에 대량의 석유가 매장되어 있음이 밝혀지더라도 주유소의 기름 값이 내려갈 것이라고는 기대하지 마시길. 석유가 매장된 깊이가 62~186마일이라면 제아무리 야심찬 석유업자라 하더라도 결코 빠른 시간 내에 도달할 수는 없을 것이라고 골드가 설명한바 있다.
우주학
아인슈타인 내기
대부분의 과학자들에게 있어 연구 분야의 커리어는 도박과 비슷하다고 해도 과언이 아니다. 그러나 스코트랜드 물리학자 짐 휴는 영국의 베팅 하우스 래드브로크에서 과학자들이 2010년 이전에 중력파를 정확히 추적해 낼 가능성에 대해 500:1의 내기를 제안 했을 때 거절할 수가 없었다. 중력파 추적을 주 연구 과제로 삼고 있는 독일 Geo 600 관측소의 소장으로서 휴는 이 내기에 파운드화를 걸 수밖에 없었다.
아인슈타인의 일반 상대성 원리에서 처음 예측했던 대로, 중력파는 시공간의 구조 속에서 파문을 일으킨다. 블랙홀이 붕괴하거나 별이 폭발할 때 즉 어떤 거대한 천체의 물체에 굉장히 빠른 속도로 어떤 일이 발생할 때, 중력파가 방출되면서 그런 현상들의 흔적을 우주 속으로 전달시켜주는 것이다. 중력파는 물질과 상호반응을 하는 일이 거의 없으며 이 때문에 중력파의 추적은 극히 어렵다. 그러나 중력파는 사실상 거의 변화 없이 우주공간 속을 흐르기 때문에 발생한 현상의 기원을 파악할 수 있게 해준다. 만약 중력파를 기록해 연구할 수만 있다면, “중력파는 우주 현상의 핵심을 곧장 들여다 볼 수 있게 해줄 최초의 신호가 될 것”이라는 휴의 설명이다.
5개의 중력파 감지기가 현재 설치되어 사용되고 있으며 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)를 포함, 미국 내 연구소 2곳에 위치하고 있다. 가장 최신 기술의 감지기들이긴 해도 중력파 관측을 좀 더 용이하게 만드는 정도의 효과를 갖고 있다고 LIGO의 배리 바리쉬 소장은 설명한다. 래드브로크의 내기 제안이 만료되는 2010년경 관측 기기에 대해 중요 업그레이드를 할 예정이다. 휴의 표현에 따르면 그 때만 지나면 성공은 “사실상 보장된 셈”이라고.
영국 잡지 <뉴 사이언티스트>의 후원으로 래드브로크사가 8월 26일 오전 내기를 제안했으나 점심시간 직후 휴가 25파운드(최대 허용액 45달러가량)를 걸었을 때에 확률은 100:1 로 떨어졌다. 그리고 저녁때가 되자 5:1이 되었다. 래드브로크사에 6자리 숫자의 부채를 남긴 채 2주 후 베팅은 2:1의 낮은 수치로 마감되었다. 내기를 정한 워렌 러쉬 대변인은 관측기가 중력파동을 못 잡아내기를 바란다면서 “아니면 저는 자그마한 파이의 한 조각을 차지하겠죠.” 라고 러쉬 대변인은 말했다.
물리학
중력파란
중력파란 중력장에서의 에너지 전파를 나타내는 파동을 말한다. 일반상대성 이론에 의하여 중력이론은 중력장의 변화는 광속으로 전파에너지가 발생되어 그 에너지 크기에 따라서 이동된다. 일반적으로 그 크기는 그렇게 크지는 않다. 따라서 우주의 중력장이 행성간의 폭발이나 아주 큰 현상에 의해서는 측정 가능한 중력파가 생길 수 있겠지만, 거의 특정한 장치가 없으면 측정이 불가능하다.
예를 들어 블랙홀의 발생이나 생성에서 나타나는 파동의 진동수도 그렇게 크지 않기 때문에 특정한 장치가 있어야 관측된다. 현재 지구에서는 연구중이며 정확한 측정장치는 아직 나오지 않고 있다. 마지막으로 간단히 정리한다면 중력파란 우주의 역사와 진화 등을 연구할 때 매우 중요한 사료가 된다.
생활과학
두뇌를 위한 스테로이드
올 여름 아테네에서 열린 또 다른 주요 국제대회, 2004 국제 수학 올림피아드 대회에서는 아무런 약물복용 사건도 보고되지 않았다. 그러나 수학자들 간의 공정한 경기는 조만간 사라질 위험에 처하게 될지도 모른다. 펜실베이니아 대학의 내과의 안얀 채터지는 학생들이 수학능력 시험 벼락치기를 위해 기억력을 증진시키는 알약을 삼키고, 조종사들이 응급상황에 잘 대처하기 위해 정기적으로 약을 복용하는 신경학의 화장품화 시대에 접어들고 있다고 경고했다.
신경학 저널 9월호에 발표된 한 논문에서, 채터지는 현재 환자를 치료하는데 사용되는 약들이 조만간 건강한 사람들에게도 적용될 것이라고 주장했다. 비슷한 선례로는 빈혈증을 치료하기 위한 물질로 승인되었으나 지구력을 향상시키기 위해 장거리 운동선수들이 남용한 물질인 인간 에리스로포에이틴(EPO)이 있다.
이처럼 변형된 약품의 미래를 지적한 사람은 채터지가 처음이 아니다. 그러나 아직까지 의사들은 이런 논쟁에 관여하지 않고 있다. 사실 문제는 의사들이야말로 건강한 사람들에게 그런 강화 약물을 처방할 권한을 가지게 될 사람들이라는 것이다. 이 문제에 관한 동료학자들간의 대화를 촉발시키기 위해, 채터지는 논문 말미에서 일련의 질문을 던졌다.
본지는 그 중 일반 대중들과도 관계가 있는 질문 한 가지를 홈페이지에 게시해놓고 만약 피아노 레슨 전 학습 능력을 높이기 위해 사소한 부작용이 있는 약을 자녀에게 주겠느냐는 질문에 178명의 응답자중 47%가 그러겠다고 답했다.
고민Q&A
팔굽혀펴기를 하면
키가 크나요
키가 크는 데에 필요한 환경 적인 요인은 영양, 운동, 수면이다. 운동을 하면 성장호르몬의 분비가 촉진되어 키 크는데 중요한 요소가 되고 있다. 운동은 역기와 같이 무거운 물건을 들거나 무리한 운동을 제외하고는 대부분의 운동이 키 크는데 도움이 된다.
운동은 에너지를 소모하기 때문에 꾸준히 하면 체중은 자연히 줄어들게 된다.키 크는데 특히 도움이 되는 운동으로는 근육, 관절, 인대를 늘리는 스트레칭이 효과가 좋다. 이외에도 맨손 체조, 수영, 배구, 농구, 테니스 등이 키 크는데 좋다. 운동을 할 때는 신체의 일부를 사용하는 것이 아니라 신체 전체를 골고루 움직여서 전신운동을 하는 것이 좋다.
팔굽혀펴기는 팔, 어깨, 가슴 등 상체를 고루 발달시킬 수 있는 좋은 운동이다. 즉 가슴(대흉근) 어깨(삼각근) 팔(삼두근)을 전반적으로 자극하여 가슴이 벌어지고 전체적으로 상체근육을 잘 다듬을 수 있는 운동이다.역기처럼 무거운 중량을 드는 운동이라면 중량자체가 성장판을 자극하여 키가 덜 자라는 것과 연관이 있을 수 있지만 팔굽혀펴기는 사용되는 근육이나 운동효과 등에서 볼 때는 키 크는 데 도움이 되리라 생각된다. 하지만 뭐든 적절한 것이 중요하다. 아무리 좋은 운동이라도 너무 무리하는 것은 좋지 않다.
물리학
빛이 상에 비추어 물표면 위에 나타나는 현상
전반사는 밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행 할 경우 일어나는 현상이다. 즉 물에서 공기로 진행할 경우 임계각을 기준으로 하여 나타날 수 있는 현상이다. 그런데 빛이 상에 비추어 물표면 위에 나타나는 현상은 거울에 상이 비추어 우리가 보는 것과 같은 현상이다.
물표면에 상이 비추는 현상은 정반사와 난반사로 구분할 수가 있다. 거울표면을 물표면이라고 비교하면 된다. 물표면이 매우 잔잔할 경우는 거의 상의 배경이 잘 비추게 되고 잔잔하지 않을 경우 굴절이나 난반사 등이 일어나 상이 흔들리는 모습으로 우리 눈에 보이게 된다. 거울에 성의 경우 좌우의 상이 바뀌어 보이게 된다. 물표면에 비추는 상도 거울처럼 좌우가 바뀌게 된다. 그리고 상의 아래 부분부터 잘 보이게 되고 윗부분은 상이 선명하지 않을 수도 있다.
겨울에 얼음이 얼어붙게 되면 거울처럼 정반사나 난반사가 일어나지 않는다. 이때는 얼음 표면이 선명하지 않고 거의 난반사나 일부 투과등이 있기 때문에 결국 우리 눈에는 상이 보이지 않게 되는 것이다. 얼음 표면을 아주 잘 닦고 갈고 하면 조금은 비추기도 한다.
물리학
지구의 중력과 원심력
회전하는 물체에는 모두 원심력 관성력이 작용하게 된다. 물리학에서는 원심력을 사용하지 않고 회전에 의한 가상적인 힘으로 생각하여 구심력에 대한 힘으로 관성력이라고 한다. 회전하는 물체는 모두 회전에 대한 관성력을 가지게 된다. 따라서 지구가 자전을 할 경우 지구 자전에 의한 회전관성력인 원심력을 지구도 받게 되는 것이다.
각각의 지구의 위도에 따라서 지구 중심회전축을 기준으로 지표면까지 거리를 잴 경우 그 거리를 회전 반지름이라고 하여 생각할 경우 적도지역으로 갈수록 회전 반경이 커지게 되어 극 지역 쪽보다 더 큰 회전관성력을 받아 지구는 약간의 타원의 형태가 된다.
이런 지구의 표면에 있는 물체는 물체와 물체사이에 작용하는 만유인력이 작용하여 지구와 표면의 물체는 서로 작용 반작용의 힘을 통하여 동일한 크기의 서로 작용점이 다른 만유인력이 작용하게 되고 이때 질량이 작은 지구 표면 물체는 가속도가 매우 커지게 되고 상대적으로 질량이 매우 큰 지구는 거의 가속도가 0으로 가기 때문에 움직이지 않고 지구 표면의 물체만 지구 중심을 향하여 떨어지게 된다. 이때 지구가 자전을 하기 때문에 지구에 작용하는 힘은 회전관성력인 원심력이 있겠고 두 물체에 대한 만유인력이 있기 때문에 각각의 힘에 대한 합성된 대각선 방향으로 물체에 힘이 작용하게 된다.
이 힘을 중력이라고 한다. 이 중력의 크기는 위도에 따라서 조금씩 다른 크기를 가진다.(앞에서 말한 것처럼 회전 반지름이 각각 위도에 따라 다르기 때문에 중력가속도의 크기도 서로 다르기 때문이다.) 위의 설명을 전체적으로 볼 때 지구자체에는 지구에 대한 회전관성력인 원심력에 대한 힘을 받아 그 모양이 타원형이 되고 지구 표면의 물체에는 서로 물체에 작용하는 만유인력과 지구의 자전 원심력에 대한 합력이 작용하는 것이다.
생활과학
명석한 또는 엉뚱한 과학자들
어떤 사람들은 이맘때쯤이면 오스카를 애타게 고대한다. 파퓰러사이언스에서는 초가을마다 어떤 행운의 과학자들이 노벨상과 맥아더 상을 받게 될 것이냐를 궁금하면서 보낸다.
올해 특별히 더 흥미로운 까닭은 연속 2년으로 본지의 Brilliant 10 수상자중 한명이 “천재 장학금”으로 알려진 맥아더 장학금을 수여받기 때문이다. 2002년 Brilliant 10 중 한명인 MIT대학의 안젤라 벨처는 금속 나노와이어를 만들기 위해 유전적 바이러스 조작으로 올해 인정받았다.
2004년도 노벨상 수상자를 점쳐보지는 않았으나, 그들 역시 명석하고 뛰어난 과학자들이라는 점에는 주목해야한다. 한편 모든 과학 팬들에게 찔리는 즐거움을 주며, 가장 합리적이고 괴상한 연구에 상을 주는 Ig 노벨상을 그냥 지나칠 수는 없을 터이다. 여러 수상자들 중 눈에 띄는 몇몇을 모아보았다.
맥아더 장학금
5년간 50만 달러 macfdn.com
나오미 엔리치 레오나르드, 프린스턴 대학, 새떼나 물고기 떼처럼 단체로 행동을 조정하는 자동 수중 운송장치 개발
밤시 무타, 하바드 대학, 그간 알려지지 않았던 미토콘트리아(세포의 발전소 역할) 내부의 단백질을 확인하고 특성을 확인. 근위축증 같은 신진대사 질병 치료 및 이해에 지대한 영향을 끼칠 수 있음.
노벨상 분야 수상자들
총 140만 달러 nobel.se
물리학: 데이비드 그로스(산타바바라 캘리포니아 대학), 데이비드 폴리저(캘리포니아 공과대학), 프랭크 윌체크(MIT). 원자핵을 하나로 결집시키는 힘인 핵강력을 기술
생리학 또는 의학: 린다 벅(시애틀 프레드 허친슨 암 연구센터), 리차드 악셀(콜롬비아 대학). 생리학적, 분자적 수준에서 인간 후각감각의 기전을 규명. 각각 개별적으로 두 사람은 인간에게 후각수용체 유전암호가 지정된 유전자 약 1천 개가 있다는 사실을 밝혀내었다.
또한 코 안에 있는 각 수용체 세포는 특정 냄새 분자와 짝을 이루도록 구성(디자인)되어 있다. 다양한 후각 수용체의 조합을 통해 우리는 약 1만 가지의 서로 다른 냄새들을 감지할 수 있게 되는 것이다.
후각이란 주제에서 방향을 약간 돌려, 가장 권위 있는 과학상의 이란성 쌍둥이이라고 할 수 있는 Ig노벨상으로 눈길을 돌려보자. 올해의 Ig노벨상은 청어들이 방귀(고창:flatulence)을 통해 의사소통을 한다는 사실을 발견한 두 명의 생물학자에게 돌아갔다. 훌라후프의 생체역학 연구 및 컨트리 뮤직이 자살률에 끼치는 효과 연구도 상을 받았다. 잘한다! 과학, 힘내라!
생활과학
낮과 밤중 언제 소리가
더 높이 올라갈까요
우리나라 옛 속담 중에 “낮말은 새가 듣고 밤말은 쥐가 듣는다” 라는 말이 있다. 이 속담은 아무리 비밀로 한 말이라도 누군가는 듣는다는 뜻으로 말조심을 강조하는 말이다. 그러나 무심코 지나가는 이 속담에도 과학적 원리가 숨겨져 있다. 그럼, 이 속담은 과학적으로는 어떤 의미가 있을까. 밤에는 낮보다 소리가 잘 들린다. 대낮에 여러 가지 소음이 있기 때문에 잘 알아듣기 어렵다고 하더라도 밤에 소리가 잘 들리는 건 사실이다. 그 이유는 무엇일까.
이 속담은 물리학적으로 소리의 전달과 관련 있다. 소리의 속도는 온도와 관계가 있는데, 온도가 높을수록 소리의 전달 속도는 빨라진다. 즉, 소리는 기온이 높고 밀도가 낮은 곳에서는 빠르게, 기온이 낮고 밀도가 높은 곳에서는 느리게 나아간다. 따라서 소리는 사방으로 퍼져 나가다가 공기 온도나 밀도가 다른 경계면을 만나면 기온이 낮고 밀도가 큰 곳으로 꺾이게 된다.
그럼, 낮과 밤의 소리의 전달은 어떤 차이가 있을까. 낮에는 지표면 온도가 높고 높은 곳으로 올라갈수록 온도가 낮아진다. 따라서 낮에 소리의 속력은 온도가 높은 지표면에서 빠르고, 온도가 낮은 상층부에서는 느리게 전달된다. 그러므로 낮에는 지면보다 상공의 소리가 더 잘 들린다. 즉 지표면 부근과 높은 곳의 빠르기의 차이 때문에 수평방향으로 진행하는 소리라 하더라도 휘어지면서 공중으로 올라가 버린다. 반대로 밤에는 지면 가까이의 소리가 더 잘 들린다.
의생활
달려서 비 맞는것의 차이
걸을 때와 뛸 때 중 어느 쪽이 비를 적게 맞을까 하는 문제는 예전에 호기심 천국이라는 프로그램에서 방송되었던 것을 본 적이 있다. 쌍둥이가 물이 묻으면 그 자리가 파랗게 색이 변하는 특수 제작된 옷을 입고 두건을 쓴 채로 인공비가 쏟아지는 길을 한 사람은 걷고, 한사람은 뛰게 해서 실험을 했다.
당연히 뛰는 사람이 먼저 들어왔는데 중요한 것은 늘어난 옷의 무게를 통해서 누가 비를 많이 맞았는지를 알아보니까 걸은 사람이 더 많이 맞은 것으로 나타났다.
그런데 뛴 사람과 걸은 사람이 비를 맞은 부분이 달랐는데 우선 머리의 윗부분은 뛰는 경우보다 걸을 때 더 많이 맞는다.
아무래도 비는 위에서 내려오니까 걷는 시간만큼은 정수리 부분에 많은 비를 맞게 되는 것이다. 하지만 뛸 때는 본능적으로 몸을 앞으로 숙이고 뛰기 때문에 얼굴과 가슴에 많은 비를 맞게 된다.
그래서 사람들은 걸을때 보다 뛸때 비를 더 많이 맞는 것처럼 느끼는 것 같다. 또한 팔 부분도 걸어갈 때 그만큼 천천히 흔드니까 비에 노출이 많이되서 더 많이 맞고 등 부분 역시 뛸 때보다 걸어갈 때 더 많이 맞는다. 이것은 호기심 천국에서 실험으로 보여준 것을 바탕으로 적은 것이다.
전기전자공학
디지털과 아날로그의 차이점
디지털은 손가락이란 뜻의 라틴어 디기트 digit에서 온 말이다. 이는 모양으로 표시되는 아날로그에 비해 분명하게 1 2 3을 셀 수 있다는 뜻에서 나왔다. 간단히 말해 디지털 TV는 화상이나 음성 신호를 컴퓨터 파일이나 CD에서와 같은 디지털 신호 방식으로 바꾸어 전송하고 이를 수신하는 TV 시스템을 가리킨다.
반면 우리가 현재 이용하고 있는 TV 는 아날로그 방식의 신호를 이용하고 있다. 디지털 TV가 종래의 아날로그 TV에 비해 달라질 것으로 예상되는 점은 몇 가지가 있다. 먼저 0과 1을 이용하는 디지털 방식의 전송은 종래 아날로그 방식의 전송에 비해 신호왜곡이 적기 때문에 훨씬 깨끗하고 선명한 화상과 깨끗한 음질의 음성을 재생할 수 있다는 장점이 있다.
쉬운 예로 일반 비디오테이프와 레이저디스크(LD), 카세트테이프와 컴팩트 디스크(CD)의 경우를 서로 비교해 보면 알 수 있다. 또한 요즈음 우리가 많이 사용하는 휴대폰, 콤팩트디스크 등이 모두 디지털 방식이다. 디지털휴대폰은 아날로그 신호인 음성을 수십만 개의 디지털 신호로 바꾸어 전달하는 것으로 CDMA라는 방식이 사용된다. 디지털이란 소리도 001011, 그림도 110101, 문자도 010100 등 모든 정보를 0과 1로된 숫자로 바꿔서 저장, 재생되는 것을 말한다.
소리, 빛, 전기 등의 파장을 갖는 것들을 우리는 디지털 방식과 비교하여 아날로그 방식이라고 부른다. 더구나 요즈음 모든 매체가 디지털화되는 것에 심한 거부감을 가지는 사람은 아날로그 방식을 선호하여 진공관식 레코드 플레이어 등에 집착하기도 한다.
아날로그란 말은 디지털이 음성 신호를 0또는 1이라는 인위적인 신호로 바꾸어 표현하는데 비해, 자연에서 생성된 파를 가능한 그대로 재현한 것을 말한다. 예를 들어 비스듬한 기울기가 있을 때, 아날로그는 그것을 비스듬한 경사선으로 표현하지만, 디지털에서는 기울기 최저점 0과 최고점 1사이를 무수히 잘게 나누어 0과 1의 조합으로 표현해내는 방식 말한다.
무기화학
물을 전기분해할때 왜 꼭 전해질을 넣어야하나요
우리가 물이 전기를 통한다고 알고 있지만 사실 순수한 물은 전기를 통하지 않는다. 전기를 통하려면 이온이 존재하거나 금속처럼 자유전자가 있어야 하는데 물은 공유결합 물질로 분류가 되기에 이온이 존재하지 않기 때문이다.
(물론 물의 자동이온화가 있지만 이것은 아주 극히 소수이다.) 이렇게 순수한 물이 전기를 통하지 않기에 전하의 원활한 이동을 위해서 물을 전기분해 할 때는 전해질을 넣어준다. 그런데 물을 전기분해를 하려고 했는데 만약 염화구리 같은 것을 전해질로 넣어주면 물의 전기분해 산물인 산소와 수소가 얻어지는 것이 아니라 구리와 염소가 얻어진다.
즉 물에 들어가 있던 전해질인 염화이온과 구리이온이 각각 양극과 음극으로 끌려가서 자신들이 산화환원 반응을 일으켜서 나오게 된다. 그래서 수산화나트륨 같은 전해질을 주로 넣어주는 것이다. 그러면 수소와 산소를 얻어낼 수 있다.
물리학
해나 달이 수평선 위에 낮게 떠 있을 때
해나 달이 수평선 위에 낮게 떠 있을 때 물위에 생기는 상이 원이 아니고 긴 선이 나타난다. 이런 현상은 쉽게 실험으로 확인할 수 있다. 즉 손전등을 가지고 물 표면에 빛을 비출 때 손전등을 물 표면에 대하여 위로 올렸다가 내렸다가 하면 물 표면에 대한 각도가 90도에 가까울 때도 있을 것이고 0도까지도 움직일 수 있다.
이런 실험을 암실에서 하여 보면 빛의 진행방향과 그리고 물표면에 비추어 지는 상의 모습을 볼 수가 있다.물 표면에 대하여 경사가 작을 수록 점점 상의 면적이 넓어지게 되고 경사가 클수록 상의 면적이 좁아지게 되어 거의 원의 상태로 상의 모습이 우리 눈에 보이게 된다. 해와 달도 마찬가지이다.
해가 떠있는 남중고도가 높을수록 더 빛이 한곳으로 모아서 직진을 하지만 해가 막 떠올라가는 때에는 빛이 길게 진행하여 결국 원의 모양이 아닌 빛이 진행하는 모습의 타원의 긴 모양의 상이 물 표면이나 지표면에 보인다. 빛은 직진하는 성질이 있기 때문에 해나 달의 위쪽은 더 멀리 직진을 하게되고 아래 부분은 직진하다가 물표면에 상을 만들게 되고 이런 현상 때문에 그렇게 된다.
화학
부탄의 분자량 측정 실험
압력의 경우는 수증기압을 반드시 고려를 해주어야 한다. 그래서 수증기압을 빼고서 계산을 하는 것이다. 하지만 기체의 부피의 경우는 부탄기체만의 부피를 압력처럼 따로 계산할 필요는 없다. 비록 수증기가 섞여있어도 이것은 부탄이 차지하고 있는 부피이다.
결국 우리가 데이터로 사용하는 것은 부탄이 차지하는 부피, 그리고 부탄만의 질량, 그리고 부탄의 압력이기에 여기에서 부탄의 분자량이 계산되어져 나오는 것이다. 돌턴의 부분압을 계산할 때를 생각해보면 한쪽에는 질소 그리고 한쪽에는 수소가 들어있다고 할 때 콕을 열어 부피를 크게 만들어도 각각의 기체가 다 그 부피를 차지하고 있다고 생각을 하고 문제를 푼다.
콕을 열어서 수소와 질소가 섞여있더라도 각각의 수소가 차지하는 부피도 전체부피이고 질소가 차지하는 부피도 전체부피이다. 같은 공간을 각각 질소도 가득 차고. 수소도 가득 찼다고 생각을 한다. 이 상황을 생각하면 위의 상황도 연결이 된다.
초등과학
지하수는 어디에서 나오나요
지하수는 암석에 고인 물이라고 할 수 있다. 이것에 대한 자세한 내용은 아래의 백과사전의 설명을 참고로 하시기 바란다. 지하수란 지표수에 대하여 지하에 있는 물이다. 그러나 지하에 있는 물을 모두 지하수라고 하지는 않으며, 지하 깊은 곳의 마그마에서 유래된 처녀수나 암석 중에 있는 결정수와는 구별된다.
지하수는 물이 지하에서 어떤 상태로 존재하느냐에 따라서 크게 간극수와 열극수로 나뉜다. 자갈·모래·점토나 이들의 혼합물로 이루어진 미고결된 암석에는 고결된 암석보다 틈새가 많아 다량의 지하수를 함유하고 있는데, 이를 간극수라고 한다. 지하수라 하면 보통은 간극수를 의미한다.
또한 고결된 암석 중에는 큰 절리·열극·용암터널 등의 공동이 있어 그 곳에 물이 괴 있는 경우가 있는데, 이를 열극수라고 한다. 특히 석회암의 공동에 괸 물을 동혈수라 하기도 한다. 간극수나 열극수의 기원은 눈이나 비등의 천수로부터 유래한다.
지하에 스며든 천수는 암석의 표면에 피막을 만들고, 피막이 어느 정도 두꺼워지면 물은 보다 깊은 곳으로 이동한다. 그러다가 어느 정도의 깊이에서는 그 하부에 있는 불투수층에 막혀서 하강을 중지하고 그 곳에 정체된다. 지하수는 이와 같이 집적된 물을 말한다.
생활과학
드라이아이스를 만지면 왜 손에 달라붙을까
드라이아이스는 이산화탄소를 높은 압력과 낮은 온도를 통해 고체를 만든 것이다.
원래 기체였던 것을 높은 압력을 가해 억지로 고체로 만든 것이기 때문에, 상온, 상압에서는 원래대로 기체로 변하고자 하는 성질이 있다. 이것이 유명한 드라이 아이스의 승화성이다. 드라이아이스의 승화 온도는 영하78.5도이다. 매우 차가운 온도다. 거기다가 이러한 승화 과정은 고체가 기체가 되는 흡열반응이라서 온도가 내려가게 된다.
결국 차가운 드라이아이스가 승화될 때 짧은 시간에 매우 많은 양의 열을 주위에서 빼앗아 가기에 더욱 차가워지는 것이다. 만지면 무지 차갑다는 느낌과 함께(사실 너무 차갑거나 뜨거우면 아프다는 느낌을 받게된다.) 짝짝 달라붙는 것을 경험할 수가 있다. 이것은 손에 있는 수분이 순간적인 온도 저하로 인해 얼음이 되기에 그렇다.
드라이 아이스 뿐만 아니라 얼음을 만질 때도 느낄 수 있는데 심하면 붙은 드라이아이스가 잘 안 떨어지는 경우도 있다. 결국 맨손으로 드라이아이스를 만지면 동상을 입을 수가 있기에 꼭 장갑을 끼고 만지셔야 한다.
생물학
차가운 것을 갑자기 먹으면 왜 머리가 아파지나요
아이스크림이나 팥빙수 등 찬 음식을 급하게 먹을 때 뒷머리나 정수리 부근이 찡하면서 아픈 것을 느끼게 된다. 이를 보통 ‘아이스크림 두통’이라고 한다. 아직까지 어떠한 과정을 통해 이러한 두통이 생기는지는 정확하게 밝혀지지 않았다.
다만 찬 음식의 온도 자극에 의해 뇌의 혈관이 갑자기 수축하는 것과 관계가 있을 것이라고 추측하고 있다. 차가운 음식이 구강 주변의 온도를 낮추어 뇌의 혈관들을 급격히 수축하게 만들고, 곧바로 수축한 혈관이 다시 정상으로 돌아오는 과정에서 통증이 오는 것으로 생각된다. 이 통증은 저절로 없어지므로 특별한 치료는 필요치 않으며, 찬 음식을 먹을 때 천천히 조금씩 먹는 방법으로 예방할 수 있다.
생활과학
우유가 수면에 도움이 되나요
잠을 자는데 미지근한 우유가 도움이 된다고 한다. 이것은 일반적인 이야기이다. 불면증의 정도에 따라 효과는 달라질 수 있다고 생각한다. 잠과 우유에 대해서는 아래의 내용을 참고해 보자. 잠이 안 오는 밤에 또는 불면증이 있는 사람은 우유를 미지근하게 데워서 마시면 잠을 쉽게 청할 수 있다. 우유에는 트립토판이라는 아미노산이 많이 함유되어 있다.
잠을 잘 자지 못하는 사람은 뇌 속의 신경전달 물질인 세로토닌이 적게 들어 있기 때문이다. 세로토닌은 트립토판으로부터 만들어지기 때문에 우유에 함유된 트립토판이 잠을 잘 오게 하는 물질을 공급하는 역할을 한다.
물리학
새가 날 수 있는 이유
새가 날 수 있는 이유는 공기가 있는 곳에서 새가 살고 있기 때문이다. 아무리 새라고 하더라도, 산소마스크를 씌우고 무중력 공간 우주에서 날아서 앞으로 나아가라고 하면 다른 무엇과 부딪히지 못한다면 그렇게 할 수 없다.
공기를 기체라고도 하죠. 또한 이러한 기체와 물과 같은 액체를 합쳐서 흐를 수 있는 유체라고 부른다. 이러한 유체 속에서 특별한 몸짓을 통해 앞으로 나아갈 수 있다. 다만, 액체에서는 비교적 쉽게 날아갈 수 있는 반면에, 공기 중에서는 그렇게 쉽지는 않다. 수영을 해서 앞으로 어떻게 나아가는지 생각해보면 된다.
결국은 새가 자기 날개 아래의 공기를 밀어 내려서 그에 해당하는 반작용으로 자기의 몸이 떠오르게 되는 것이다. 그 외에도 새의 속력이 제법 빨라진다면, 새의 날개에서의 양력도 발생한다. 양력은 공기의 속력이 차이가 나서 생기는 현상이다.
태양계
계절변화
지구가 하지점에 있을 때 태양은 북위 23.5。 지방을 수직으로 비추고 춘추분점에 있을 때는 적도 지방을 수직으로, 동지점에 있을 때는 남위 23.5。지방을 수직으로 비추게 된다. 이것의 이유를 궁금해 하셨는데 이것은 그림으로 이해를 하는 것이 가장 좋을 것 같다.
지구의 자전축이 기울어져있기에 이러한 계절의 변화가 생기는 것이다. 하지 때 오른쪽으로 기울어져 있어서 적도 부근이 아니라 북반구 쪽으로 오른쪽의 태양 빛이 수직으로 비추게 되는 것이다.
그래서 북반구의 경우 하지 때 여름이 되는 것이다. 동지 때를 보면 여전히 오른쪽으로 기울어져있으니까 태양 쪽에서 위쪽으로 향하게 되어서 하지 때보다 빛을 못 받게된다. 그러니까 겨울이 되는 것이고 남반구의 경우는 더 빛을 많이 받으니까 이때가 여름이 되는 것이다.
동물학
천재는 어떻게 태어나요
천재는 99%는 노력이고 1%는 영감이다...라는 유명한 말이 있는데 이것은 후천적인 노력을 강조한 것이다. 어렸을 때 천재인지 두각이 안 나타나다가 나중에 성인이 되어서 그러한 것이 두각이 나타나기도 한다.
에디슨이나 아인슈타인 같은 분들은 과학천재임이 틀림없지만 처음부터 그러한 것이 드러난 것은 아니다. 이 분들을 생각해 보면 발명가들이나 아이큐 높은 사람들은 호기심이 많다는 공통점은 있다. 천재의 분야도 여러 가지가 있고 한쪽으로는 뛰어나도 다른 부분은 미흡한 경우도 많기에 걸출한 천재 중에는 정신병자나 정신병질자가 많은 것이 입증되었다.
이러한 것에 대해서 여러 학자들이 연구를 하고 있긴 하지만 여기서 천재가 선천적이다 후천적이다 등을 명확히 이야기하기는 어려울 것 같다. 아래의 여러 학자들의 연구를 참고로 해보자.
E.크레치머는 천재와 정신병의 관계에 대하여 더욱 면밀한 연구를 거듭한 끝에, 천재를 곧 광기라고 생각하지는 않았으나 천재에는 많은 정신병질이 함유되었다고 말했다. 그리고 천재의 정신적 특징은 그 마음의 불안정·과민·모순성에 있다고 하고, 이것이 도리어 천재의 뛰어난 생산활동을 촉진시킨다고 말했다.
정신병질이 그 사람의 재능을 말살시켜 버리는 경우가 많으나, 천재의 경우에는 정신병질이 높은 정신능력과 어울려서 뛰어난 일을 탄생시킨다고 해석한다. 크레치머는 또한 자신의 체형과 성격에 관한 연구를 천재적 작가, 사상가에게 적용하여 그들에게서 분리·순환성 성격을 확인했다.
한편 F.골턴은 천재의 유전적 연구를 하여, 많은 조사자료로 천재는 유전에 의한 것임을 입증했다. 골턴 이후로 천재, 특히 우수아의 가계조사에 근거한 연구가 왕성해졌다.
물리학
수맥이 뭔가요
수맥이란 지하에서 폭이 좁은 지층을 따라 맥상(脈狀)으로 존재하는 지하수. 대체로 수류로서 서서히 움직인다. 그 원인은 대체로 3가지이다.
①투수성이 매우 높고 엷은 지층이 지층 사이에 끼여 있을 경우:수성암(水成岩) 지대에 한한 현상이다. ②교차하는 단층군 또는 지각의 갈라진 틈이 발달하여 그 속을 지하수가 순환할 경우:화강암 또는 화성암(火成岩) 중의 지하수에서 볼 수 있는 현상이다. ③수두(水頭)가 높은 지하수면이 있고, 이것과 연락된 단층 그 밖의 지각의 갈라진 틈이 존재하며, 그 안에 지하수가 존재할 경우:주로 수성암·화산 쇄설암대에서 볼 수 있는 현상이다.
수맥이 흐르면 지구의 고유주파수가 7.8Hz이며 이는 인체에 해롭지 않은 땅의 주파수지만 수맥과 흙의 경계면에서 나오는 수맥파는 이러한 정상 주파수가 아니고, 전자파의 간섭에 의해 발생되는 비정상 파동으로 대지의 고유주파수가 비정상적으로 복잡하게 진동하면 그 위에 있는 사람의 뇌파도 그와 함께 공명한다.
이는 마치 TV옆에 지동차가 지나가면 간접전파에 의해 화면이 흔들리는 것 같아서 사람의 경우 숙면이 어렵고, 정신집중, 피로감 등이 발생한다.
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