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과학161

우주 암흑 물질의 존재 증거 암흑 물질(Dark matter)은 실제로 존재해야 중력 계산이 맞아떨어지기 때문에 우주에 존재할 것으로 추측하고 있는 물질입니다. 다만, 어떠한 방법을 통해서도 관측이 되지 않았고 검출되거나 확인되지 않기 때문에 그 정체를 알 수는 없죠. 반드시 존재를 해야 하나 관찰되지 않는 물질. 그 암흑 물질의 존재 증거에 대해서 서술해 보겠습니다. 은하 중심을 기준으로 공전하는 별의 속도우선 은하 중심을 기준으로 별들이 공전을 하는데요, 은하 중심이 은하 대부분의 질량을 차지하고 있다고 생각을 하면 됩니다. 왜냐하면 뉴턴 역학에 따라 어느 중심을 기준으로 공전한다는 것이 중심에 큰 질량이 있다는 뜻이 되니까요. 그러면 아래 그림처럼 은하의 중심으로부터 거리 r (회전 반경이 되겠죠.), 질량 m인 별이 공전을 .. 2025. 5. 2.
인공위성의 운동 (속력, 주기) 및 탈출속도 행성의 운동과 케플러 법칙에 대해서 이해를 하고 중력 법칙을 유도하고 나면 인공위성의 운동에 대해서도 정리를 할 수가 있는데요, 여기에 대해서 수식이 어떻게 유도가 되는지 포스팅해 보겠습니다. 참고로 고등학생 수준에서 이해할 수 있는 내용으로 정리하였습니다. 인공위성의 속력과 주기인공위성은 여러 목적을 가지고 인위적으로 행성 주위를 공전하도록 만든 물체인데요, 인공위성과 행성 사이에 작용하는 중력이 구심력 역할을 하게 됩니다. 여기서 행성을 쉽게 지구라고 하고 질량은 M, 인공위성이 반지름 r의 궤도를 따라 운동하며 질량이 m이라고 할 때, 지구의 중력이 구심력으로 작용하여 등속원운동을 하는 인공위성의 회전 속력은 아래와 같은 식으로부터 쉽게 구해지게 됩니다. 여기서 우리는 인공위성의 속력이 인공위성.. 2025. 5. 2.
곡선 도로에 경사를 두는 이유 (마찰력 = 구심력) 등속원운동을 하는 물체의 가속도를 구심 가속도라고 하고, 등속 원운동을 하는 물체가 받는 알짜힘을 구심력이라고 하는데요, 이는 지구 주위를 도는 달이나 원자핵 주위를 도는 전자 등이 구심력이 작용하는 예가 될 수 있습니다. 그리고, 평지의 곡선 도로를 달리는 자동차 역시 구심력이 작용하는 예가 되는데요, 물리 시험에 출제되는 경우가 있어서 이를 간단하게 계산해 보겠습니다. 자동차의 운동 방향에 수직으로 작용하는 마찰력이 있겠죠. 이 마찰력이 구심력으로 작용하게 되는데요, 일단 자동차와 도로의 마찰력을 무시할 때, 아래와 같이 정리할 수 있습니다. 이미지를 만들기 귀찮아서 손으로 그려서 올립니다. 질량이 m인 자동차가 회전 반지름 r을 가지고 θ의 각으로 경사진 도로를 주행할 때 마찰력이 F라면 구심력은.. 2025. 4. 23.
원뿔진자의 구심력 또는 구심가속도를 구하는 방법 원뿔진자의 구심력이나 구심가속도를 구하는 문제가 물리I에서 간혹 출제가 되는데, 접해본 학생들은 굉장히 쉬운 문제가 되고, 사실 접해보지 않은 학생들도 운동방정식을 세워서 풀면 아주 쉽게 풀어지는 문제입니다. 위와 같은 원뿔 진자가 있다면 문제에서 실의 길이(L), 높이(h), 원의 반지름(r), 물체의 질량(m) 또는 무게(mg), 그리고 진자가 회전 운동을 하면서 이루는 각(Θ)을 줍니다. 자, 그러면 실의 장력(T)이 작용하는 것과 물체에 작용하는 중력(mg)을 기준으로 중력가속도의 방향과 중력가속도에 수직인 방향, 즉 구심력이 작용하는 방향으로 힘을 분해하면 됩니다. 편의상 우리가 익숙한 xy 좌표계를 적용해서 x 방향과 y 방향으로 칭하겠습니다. 장력 T를 분해하면 x 방향은 Tsinθ, y .. 2025. 4. 23.
사건의 지평선과 블랙홀 (Event horizon and Black hole) 아주 최근의 가요는 아닙니다만, 윤하의 사건의 지평선이라는 노래가 있더군요. 90년대나 2000년대 가요만 거의 듣다 보니까 모르고 있었는데, 누가 사건의 지평선이 무슨 뜻이냐고 물어보길래 대충 알려주었는데 생각이 난 김에 여기도 한번 정리를 해봅니다. 블랙홀(Black hole)우선 사건의 지평선을 이해하기 위해서는 블랙홀에 대해 알아야 합니다. 블랙홀이라는 것은 엄청난 중력이 작용하기 때문에 빛도 빠져나올 수 없는 천체인데요, 그래서 우리가 보기에 검게 보이는 것이죠. 정확하게 말하면 볼 수 없다가 맞겠네요. 빛도 빨려 들어가니까 말이죠. 이러한 블랙홀은 엄청난 크기의 중력이 작용하기 때문에 시공간이 휘어집니다. 이거는 희대의 천재인 아인슈타인의 일반상대성 이론에 대한 이해가 바탕이 되어야 하는데, .. 2025. 4. 2.
거시세계와 미시세계의 구분에서 관측 가능과 불가능에 대해 2022년 개정된 교육과정에 따라 고등학생이 되면 배우는 통합과학 역시 변화가 있는데, 첫 단원의 제일 처음에 자연 세계를 크게 미시 세계와 거시 세계로 구분한다고 나옵니다. 여기서, 단순하게 미시 세계를 아주 작은 물체나 현상을 다루는 것으로, 거시 세계를 큰 물체나 현상을 다루는 것으로 구분하며 관측이 불가능하냐, 가능하냐 역시 하나의 기준으로 기술되어 있는데, 당연히 학생들은 이게 무슨 말인가 의아하게 받아들일 수밖에 없으며 미시 세계가 모여서 거시 세계를 이루는 것인데 이 역시 어떤 기준으로 구분이 되는지 의문점을 가질 수밖에 없습니다. 그래서 간략하게나마 여기 적어보려고 합니다. 거시 세계가 관측이 가능한 세계라고 설명하는 이유는 뉴턴운동법칙과 같은 고전 역학이 적용이 된다는 뜻으로 받아들이면 .. 2025. 3. 18.
속력이 빨라질수록 질량이 증가하는 이유 인류사를 통틀어 가장 천재가 누구냐 묻는다면 저는 아인슈타인을 꼽는데요, 물리 공부를 하다 보면 특수 상대성 이론을 접하게 되죠. 여기서 시간 팽창 (시간 지연), 길이 수축, 그리고 동시성의 상대성과 더불어 운동하는 물체의 질량 증가에 대해서 배우게 됩니다. 시간과 공간 역시 관찰자에 따라서 다르게 측정이 될 수 있는 것입니다. 사실 고교 물리학 과정에서 여기에 대해서 상세하게 배우기는 어렵고 발생하는 현상에 대해서만 알게 되는 경향이 있는데, 비교적 쉽게 이해할 수 있도록 설명을 적어보려고 합니다. 좀 더 상세하게 쓸 수 있겠지만 아래의 내용만으로도 좀 직관적으로 받아들일 수 있게 될 것입니다. 뉴턴의 운동 법칙, F=ma라는 식을 우선 봅시다. 단순하게 힘이 가해지면 가속도가 생기죠. 자, 그러면 .. 2025. 3. 11.
오존층이 있는 성층권 기온이 높이가 올라갈수록 상승하는 이유 대기가 존재하는 영역인 기권에 대해서 배울 때, 높이에 따른 기온의 변화를 기준으로 층상구조를 나타낸다고 배우는데요, 대류권은 지표에서 방출되는 에너지가 고도가 높아질수록 낮아지기 때문에 기온이 낮아지는 반면에 성층권에서는 오존층이 있어서 고도가 높아질수록 기온이 높아집니다. 여기서 조금 생각을 해보면, 지역마다 다르지만 성층권의 높이가 대략적으로  11km - 50km 구간이고, 오존층은 대략적으로 20 - 30km 구간에 존재한다고 배우면서, 오존층이 자외선을 흡수한다고 한들 어떻게 성층권 전체에서 높이에 따라 기온이 상승하는가에 대한 의문을 가질 수 있습니다. 오존층은 우리가 배우는 대로 20-30km에 집중적으로 분포하고 있으나, 실제로는 10-50km에 이르는 성층권 전체에 오존이 분포하고 있으.. 2025. 1. 24.
해수의 염류와 염분 (염분비 일정 법칙) 염류(鹽類, salts)지구계에서 수권은 97.47%의 해수와 2.53%의 담수(談水)로 이루어져 있는데요, 담수와 구별되는 해수의 특성을 하나 꼽자면 짠맛이 난다는 것입니다. 해수에서 짠맛이 나는 이유는 바로 염류 때문인데요, 염의 개념에 대해서 중학교 과학 과정에서는 제대로 배우지 않으므로 단순하게 소금이라고 생각을 하는 학생들도 더러 있습니다만 일단 지구과학에서 기본적으로 염류라는 것은 해수에 녹아 있는 여러 가지 물질이라고 이해를 하면 됩니다. 조금 더 나아가자면 사실 염(salt)이라는 것을 이해하려면 화학에서 배워야 하는데 산과 염기가 만나 생성되는 것이라고 간단하게 알고 넘어가도 되겠습니다. 지각(crust)의 강물이 흘러서 해양으로 유입이 되는데요, 이 과정에서 염류라는 것의 기원은 지각의.. 2024. 9. 22.
빛의 세기가 광합성에 미치는 영향 확인 실험 광합성량은 빛의 세기가 셀수록 일정 수준까지 증가를 하게 되는데요, 이를 실험을 통해 확인할 수가 있습니다. 우선 시금치나 검정말 등의 식물을 작게 뚫어내어 조각을 만듭니다. 그런 다음에 주사기에 잎조각들을 1% 탄산수소 나트륨 수용액과 함께 주사기에 넣은 다음에 잎 조각이 모두 가라앉을 때까지 피스톤을 당겨서 잎 조각 속의 공기를 빼내야 하는데요, 이는 잎 조각에 공기가 들어 있으면 공기의 부력으로 잎이 떠오르기 때문입니다. 뒤에 나올 실험의 내용이 잎 조각이 떠오르는 시간을 측정하는 것이기 때문인데, 뒤까지 다 확인해 보면 왜 잎 조각 속의 공기를 빼내야 하는지 쉽게 이해를 할 수 있습니다. 그리고, 여기서 탄산수소 나트륨수용액을 사용하는 이유는 잎 조각의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위해서.. 2024. 6. 14.
검정말을 이용한 광합성 산물 녹말 확인 실험 광합성은 식물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물을 반응물(원료)로 양분인 포도당과 산소를 산물(생성물)로 만드는 것을 말합니다. 아래와 같이 화학반응식으로 나타낼 수가 있죠. 이산화탄소 + 물 + (빛에너지) → 포도당 + 산소 참고로 아래의 내용을 보면 좀 더 이해를 깊게 할 수가 있습니다. 2023.11.10 - [과학] - 광합성 세포호흡 산화환원 산화수로 설명 광합성 세포호흡 산화환원 산화수로 설명광합성과 세포 호흡의 산화와 환원을 산화수로 확인 광합성과 세포호흡은 우리 주변에서 흔하게 접할 수 있고, 많은 영향을 끼치고 있는 대표적인 산화 환원 반응 중의 하나입니다. 그리고, 이jcspirit.tistory.com 여기서 광합성의 산물로 포도당이 형성되는데, 포도당은 물에 잘 녹는 수용성 물.. 2024. 6. 13.
에나멜선과 네오디뮴 자석을 이용한 간이 전동기 원리 전류는 자기장을 만들게 되고, 자기장 속에서 전류가 받는 힘을 이용하는 것이 아래와 같은 전동기의 원리입니다. 2023.12.26 - [과학] - 전동기의 작동 원리 전동기의 작동 원리전동기 (Electric Motor) 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선은 자기력을 받게 되는데요, 이를 이용한 것이 바로 전동기입니다. 조금 자세히 설명하자면, 자석 사이에 있는 코일이 전류가 흐를 때 회jcspirit.tistory.com 이 원리를 이용하면 간단하게 에나멜선과 네오디뮴 자석을 이용하여 간이 전동기를 제작할 수가 있는데요, 형태는 대략적으로 아래와 같이 되겠죠.  여기서, 전지를 연결하는 부분은 구리 등 전기가 흐를 수 있는 도체를 사용하면 되고요, 중요한 것은 에나멜선의 한쪽 끝은 피복을 반만 벗겨내고 .. 2024. 6. 13.

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