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과학/물리92

빛의 파장 빛(Light)을 가시광선(Visible light)이라고도 한다. 빛은 전자기파 중에서 파장이 400~700 nm인 것을 의미한다. 주파수로는 430~750 THz이다. 빛은 적외선과 자외선 사이에 있는 전자기파로 인간이 눈으로 볼 수 있다. 물리학에서는 눈에 보이는 것에 상관 없이 모든 전자기파를 빛이라고 하기도 한다. 이 때 빛은 전파, 적외선, 자외선, 엑스선, 감마선 등을 모두 포함한다. ☞ 빛의 색과 파장 2020. 6. 23.

면적이 넓으면 마찰이 증가할까? 마찰력은 다음 식과 같다. 여기서, Ff : 마찰력 μ : 마찰계수 Fn : 수직항력 (Normal force) 위 식에서와 같이 마찰력은 표면적과 무관한다. 즉, 표면적이 넓다고 마찰력이 증가하지 않고 표면적이 좁다고 마찰력이 줄어들지 않는다. 다음 그림과 같이 질량 M인 물체가 받는 마찰력과 표면적을 2배로 했을 때의 마찰력은 동일하다. 표면적이 증가해도 총 수직항력은 동일하기 때문에 마찰력은 바뀌지 않는다. 2020. 6. 13.

가속운동하는 전자의 전자기파 전자가 등속도로 이동하면 전류가 흐르는 것과 같기 때문에 주위에 자기장이 형성된다. 이 때는 자기장이 일정하기 때문에 전자기파가 생성되지는 않는다. 전자가 가속도 운동을 하면 전류가 변하는 것과 같기 때문에 주위에 형성되는 자기장이 변하게 된다. 변하는 자기장에의해 전기장이 유도되고 그에 따라 전자기파가 생성된다. 가속도의 크기가 클수록 전자기파의 주파수는 증가한다. 엑스선 발생 장치는 고속의 전자가 전극과 충돌하여 급격하게 감속하면서 고에너지의 X선 전자기파가 발생한다. 가속도는 벡터값이기 때문에 전자의 속도 크기는 같고 방향만 변하는 원운동도 가속도 운동이다. 그래서, 전자가 원운동을 할 때도 전자기파가 방출된다. 2020. 6. 8.

방사능 측정 단위 방사능(Radioactivity)을 측정하는 공식 단위는 베크렐(Becquerel)이다. 1 베크렐은 1초 동안 1개의 원자핵이 붕괴되는 것으로 정의하며 단위는 Bq 또는 s-1이다. 표준 단위는 아니지만 방사능을 나타내는 다른 단위는 큐리(Curie, Ci)가 있다. 1 Ci는 37 GBq와 같다. 2020. 6. 8.

방사선의 종류 방사선(Radiation)이란 큰 에너지를 가진 입자를 의미한다. 즉, 속도가 빠른 입자라고 볼 수 있다. 모든 물질이 가지고 있는 전자가 낮은 속도로 이동할 때는 그냥 전자지만 그 전자의 속도가 빛의 속도의 75% 정도로 빨라지면 베타선이라고 부른다 방사선이 인체에 위험한 이유는 총을 맞는 것과 비슷하다. 총알을 손으로 던지면 위험하지 않지만 총에서 발사된 빠른 속도의 총알을 맞으면 위험한 것과 같다. 알파선중성자 2개와 양성자 2개로 구성된 입자가 고속으로 이동하는 방사선이다. 헬륨의 원자핵과 동일하다. 양성자에 의해 + 전하를 띠고 또한 무겁기 때문에 종이 한 장으로도 쉽게 차폐 된다. 진공 중에서 빛의 속도의 약 5% 이다. 베타선전자가 고속으로 이동하는 방사선이다. 전하를 띄고 있기 때문에 앏은.. 2020. 6. 8.

코리올리 효과 회전하는 좌표계에서 물체가 이동할 때는 이동하는 방향과 직각 방향으로 힘을 받는데 이것을 코리올리 효과 (Coriolis effect) 또는 코리올리 힘 (Coriolis force)이라고 한다. 다음 그림과 같이 원판이 Ω의 각속도 회전하고 있다. 질량 m인 물체가 속도 v로 이동하고 있다. 이 때 물체는 코리올리 힘 F를 받는다. 코리올리 힘 F는 다음 식과 같다. 코리올리 힘은 물체의 질량, 이동 속도와 원판의 각속도의 크기에 비례한다. 원판이 시계방향으로 돌 때는 물체 이동방향의 왼쪽으로 힘을 받고 원판이 반시계방향으로 돌 때는 물체 이동방향의 오른쪽으로 힘을 받는다. 등속도로 회전하는 좌표계는 관성 좌표계가 아니기 때문에 뉴턴 법칙이 성립하지 않는다. 등속도 회전 좌표계에 있는 물체는 관성 좌표.. 2020. 6. 8.

회절 원리 회절은 주파수가 낮을수록 또는 슬릿의 폭이 좁을 수록 잘 일어난다. 다음 그림과 같이 왼쪽의 높은 주파수보다 오른쪽의 낮은 주파수에서 회전이 더 크게 일어난다. 다음 그림과 같이 왼쪽의 넓은 슬릿보다 오른쪽의 좁은 슬릿에서 회전이 더 크게 일어난다. 전파의 주파수가 높은 초단파보다 주파수가 낮은 중파나 장파를 사용할 때 장애물을 넘어 더 멀리까지 통신할 수 있다. 세로로 길게 만든 스피커는 좌우로는 폭이 좁기 때문에 회절이 잘 일어나 넓게 펴지고 상하로는 폭이 넓어 회절이 잘 일어나지 않아 잘 퍼지지 않는다. 2020. 6. 7.

회절이란? 회절 (Diffraction)은 파동이 장애물을 만났을 때 장애물 뒤편으로 퍼져나가는 현상을 의미한다. 회절은 음파, 전파, 빛 등의 모든 파동에서 일어나는 현상이다. 다음 그림과 같이 파동이 좁은 틈을 가진 장애물을 만났을 때 장애물 틈을 통과한 파동은 넓게 퍼져 나간다. 전파가 산을 만나면 다음 그림과 같이 회절이 발생하여 산 뒷쪽에서도 수신할 수 있다. 전파 송신소가 가시선상에 있지 않아도 전파로 통신을 할 수 있다. 2020. 6. 7.

충격량 예시 1kg 질량의 물체가 1m/s의 속도로 움직이고 있을 대 이 물체를 정지시키기 위해 필요한 힘은 얼마일까? 이 문제에서 물체를 정지시키기 위한 힘은 1N이 될 수도 있고 10N이 될 수도 있고 어떤 힘이라도 될 수 있다. 즉 어떤 힘이라도 이 물체를 정지시킬 수 있다. 중요한 것은 정지시키는 시간이다. 힘을 적게 줄수록 정지시키는데 더 많은 시간이 걸린다. 위 문제에서 물체의 운동량은 1kg × 1m/s = 1 Ns 이다. 충격량은 운동량의 변화량이다. 정지했을 때 운동량은 0이기 때문에 물체를 정지시키는데 필요한 충격량은 1 Ns (= 1 Ns - 0 Ns)이다. 충격량은 힘과 시간의 곱이다. 그래서, 물체가 1초 동안 정지한다면 1N × 1s = 1Ns로 1 N의 힘이 필요하다. 물체가 10초 동안 .. 2020. 6. 6.

수소 핵융합 반응식 수소 핵융합 반응은 중수소 또는 삼중수소가 반응하는지에 따라 몇가지 종류가 있다. 중수소와 삼중수소 핵융합 발전으로 가장 유망한 중수소와 삼중수소를 이용한 핵융합 반응은 다음 식과 같다. 중수소와 삼중수소가 결합하면 헬륨과 중성자(n)가 되면서 에너지를 방출한다. 에너지는 헬륨과 중성자가 고속으로 방출되면서 운동 에너지 형태로 나온다. 중수소와 중수소 중수소와 중수소가 핵융합한 식은 다음과 같다. 중수소와 중수소가 반응하면 아래 식 중 하나가 50%의 확률로 일어난다. p는 양성자이다. : 수소 : 중수소 : 삼중수소 2020. 5. 31.

마찰력 공식 마찰력은 다음 식과 같다. 여기서, Ff : 마찰력 μ : 마찰계수 Fn : 수직항력 (Normal force) 다음 그림과 같이 경사로에 질량 m인 물체가 있을 때 물체가 받는 수직항력은 mg·cosθ이다. 마찰력은 물체가 정지해 있을 때 받는 정지 마찰력(Static friction)과 움직일 때 받는 운동 마찰력(Kinetic friction)이 있다. 정지 마찰력과 운동 마찰력의 마찰계수는 서로 다르고 그에 따라 마찰력도 서로 다르다. 정지 마찰력 공식은 다음과 같다. 여기서, Fs : 정지 마찰력 μs : 정지 마찰계수 Fn : 수직항력 운동 마찰력 공식은 다음과 같다. 여기서, Fk : 정지 마찰력 μk : 정지 마찰계수 Fn : 수직항력 쿨롱의 마찰 법칙은 운동 마찰력의 크기는 속도에 상관없.. 2020. 5. 22.

투자율 표 각종 재료의 비투자율(Relative permeability)은 다음과 같다. 비투자율은 진공의 투자율을 1로 했을때의 비율이다. 재료 비투자율 초전도체 0 열분해 탄소 0.9996 비스무트 0.999834 물 0.999992 구리 0.999994 사파이어 0.99999976 콘크리트 1 진공 1 수소 1 테프론 1 공기 1.00000037 나무 1.00000043 알루미늄 1.000022 플래티넘 1.000265 오스테나이트 스테인리스강 1.003 ~ 1.05 네오디미윰 자석 1.05 페라이트 (니켈 아연) 10 ~ 2300 페라이트 (코발트 니켈 아연) 40 ~ 125 탄소강 100 니켈 100 ~ 600 페라이트 (마그네슘 망간 아연) 350 ~ 500 페라이트 (망간 아연) 350 ~ 20000 .. 2020. 5. 14.

돌림힘 공식 돌림힘 또는 토크 (Torque) 공식은 다음과 같다. 돌림힘의 단위는 N·m 이다. 다음 그림과 같이 회전 축에서 r 거리에서 F 힘을 받을 때 돌림힘은 위 식과 같다. 돌림힘의 단위는 N·m 이고 이것은 일 (Work)의 단위와 같다. 일의 공식은 다음과 같다. 일의 단위는 N·m 또는 J이다. 돌림힘과 일의 단위는 같지만 돌림힘은 벡터이고 일은 스칼라이다. 2020. 5. 10.

질량 에너지 등가성 질량 에너지 등가성(Mass-energy equivalence)은 질량과 에너지는 동일하다는 것이다. 아인슈타인의 다음과 같은 식과 같이 에너지는 질량에 빛의 속도 제곱을 곱한 값과 같다. 가솔린이 연소하여 빛과 열을 내는 화학 반응에서 전체 질량은 줄어든다. 핵분열이나 핵융합을 할 때도 질량이 줄어들면서 에너지를 방출한다. 어떤 물체의 온도가 올라가면 에너지가 증가하기 때문에 질량이 증가한다. 이동하는 물체는 정지와 비교하여 그 속도 만큼 운동 에너지가 증가하고 그에 따라 질량도 증가한다. 질량 에너지 등가성은 질량이 에너지로 변환된다기 보다는 질량과 에너지는 완전히 동일하다는 개념이다. 2020. 5. 9.

가우스 단위 가우스(Gauss) 단위 G는 자기장 B의 크기를 나타내는 CGS 단위이다. 현재 국제단위계에서는 테슬라 (T)를 사용한다. 1 T는 10,000 G이다. 국제 표준은 테슬라이지만 테슬라의 크기가 너무 크기 때문에 실제로는 가우스를 많이 사용한다. 가우스나 테슬라는 자속의 단위 웨버를 면적으로 나눈값이다. 웨버의 단위는 T·m2이다. ☞ 자속단위 웨버 2020. 5. 2.

슈뢰딩거의 고양이 이해 양자역학에서 나오는 슈뢰딩거의 고양이는 물리학자 슈뢰딩거가 고안한 사고시험이다. 밀폐된 상자안에 방사성 물질 라듐과 고양이 한 마리가 있다. 그리고, 라듐에서 나오는 방사능이 검출되면 청산가리가 분출되는 장치가 상자 안에 함께 있다. 즉, 라듐이 붕괴되어 방사능이 나오면 청산가리가 나와 고양이는 죽게 되고 라듐이 붕괴되지 않아 방사능이 나오지 않으면 고양이는 죽지 않고 살게 된다. 1시간 뒤에 상자를 여는데 이때 라듐이 붕괴될 확률은 50%이다. '1시간 뒤에 상자를 열었을 때 고양이는 어떻게 되었을까?'는 것이 슈뢰딩거의 고양이 실험의 핵심이다. 양자역학에서는 라듐이 붕괴되거나 붕괴되지 않거나는 관찰하는 순간 결정되고 그 전까지는 중첩으로 설명한다. 즉, 상자를 열기 전까지는 라듐이 어떤 상태인지 결정.. 2020. 5. 1.

전자볼트 eV 단위 전자볼트 eV(Electronvolt)는 에너지를 나타내는 단위로 1eV는 1.60217646 x 10-19 J이다. eV는 에너지 단위로 전압 단위가 아니다. 1eV는 1개의 전자가 1V의 전위차를 가지는 두 지점을 이동할 때 얻거나 잃는 에너지로 정의한다. 전자 1개의 전하는 1.60217646 x 10-19 C이다. 우라늄 235 (U-235) 1개 원자가 핵분열하면 약 200eV의 에너지를 방출한다. 1g의 우라늄은 약 2.5 x 1021개의 원자로 구성되기 때문에 1g의 우라늄은 약 24 MWh의 에너지를 생성한다. 2020. 4. 30.

관성 모멘트 직선 운동과 회전 운동은 서로 대응되는 운동 방정식이 있다. 예를 들면 직선운동의 속도는 회전운동에서 각속도이고 가속도는 각가속도이고 힘은 토크이고 운동량은 각운동량이다. 직석운동에서 질량에 해당하는 회전운동의 물리량이 관성 모멘트(Moment of inertia)이다. 다음과 같이 질량 m이고 반지름이 r인 원판이 중앙을 축으로 회전한다. 이때 원판의 관성 모멘트 I는 다음 식과 같다. 관성 모멘트의 단위는 kg m2이다. 관성 모멘트는 모멘트이기 때문에 질량이 위치한 분포에 따라 달라진다. 그리고, 회전하는 축이 어디에 있는지에 따라서도 달라진다. 직선 운동에서 다음 식이 성립한다. 여기서, F는 힘, a는 가속도, m은 질량 회전 운동에서 이에 대응되는 식은 다음과 같다. 여기서, τ는 토크, α는.. 2020. 4. 26.

각운동량 보존 법칙 각운동량 보존 법칙(Law of angular momentum conservation)은 역학에서 매우 중요한 법칙이다. 각운동량 보존 법칙은 전체 각운동량은 항상 일정하게 유지된다는 법칙이다. 예를 들면, 2개의 팽이가 돌아가면서 2개의 팽이가 서로 충돌할 때 하나의 팽이 속도는 늦어지고 다른 하나는 빨라진다. 이 때 두 팽이의 각운동량의 합은 충돌 전후 동일하다. ☞ 각운동량 공식 2020. 4. 22.

각충격량 공식 각충격량(Angular Impulse)의 정의는 다음과 같다. 각충격량 J는 각운동량 L의 변화량이다. 각충격량은 토크와 시간의 곱으로 나타낼 수도 있다. 2020. 4. 22.

각운동량 공식 각운동량(Angular Momentum) L은 다음 식과 같다. 단위는 kg m2 s-1 이다. 각운동량 L은 관성 모멘트 I와 각속도 ω의 곱이다. p는 운동량으로 질량 m과 속도 v의 곱이다. 각 운동량 L을 미분 하면 토크 τ가 된다. 2020. 4. 22.

충격량 구하는 공식 충격량(Impulse)은 시간에 따른 운동량의 변화로 다음 식과 같다. 단위는 N·s 이다. 충격량은 다음과 같이 힘과 시간의 곱으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 1kg 물체가 1m/s의 속도로 움직이다가 벽에 부딪쳐 멈춘다면 물체가 받는 충격량은 다음과 같다. I = 1 kg × 1 m/s = 1 N·s 이 때 물체가 멈출 때 1초가 걸린다면 1초 동안 물체가 받는 힘은 1N 이다. 물체가 멈출 때 0.1초 동안 급하게 멈춘다면 0.1초 동안 물체가 받는 힘은 10N이다. 2020. 4. 22.

모멘텀 뜻 모멘텀(Momentum)은 운동량이라는 뜻이다. 운동량 p는 다음과 같이 질량과 속도의 곱이다. 질량이 클수록 그리고 속도가 빠를수록 운동량은 크다. 같은 속도일 때 승용차보다 트럭의 모멘텀이 더 크다. 같은 질량의 차량일 때 시속 60km 보다 시속 100km의 차의 모멘텀이 더 크다. 2020. 4. 22.

비틀림 모멘트 정의 비틀림 모멘트(Twisting moment)는 토크(Torque)와 같은 말이다. 토크는 다음 그림의 T와 같이 비트는 힘이다. 위 그림에서 중심 O에서 거리 r 만큼 떨어진 위치에서 힘 F를 줄 때 토크 τ는 다음과 같다. x는 벡터 외적이다. 2020. 4. 22.

모멘트 뜻 물리에서 모멘트(Moment)는 어떤 물리량과 거리의 곱으로 표시되는 것을 의미한다. 모멘트에는 거리 요소가 들어가기 때문에 물질의 위치나 배치에 따라 달라지는 물리량이 된다. 예를 들면 반지름 r인 원판의 관성 모멘트(Moment of inertia)는 다음 식과 같다. 중심에서 물질과의 거리인 반지름 r이 있다. 2020. 4. 22.

흑체복사 뜻 흑체(Blackbody)는 입사 되는 모든 전자기파를 흡수하고 반사하지 않는 이상적인 물체이다. 물체는 온도에 따라 전자기파를 방출하는데 흑체가 방출하는 전자기파를 흑체복사(Blackbody radiation)라고 한다. 흑체는 외부에서 들어오는 모든 전자기파를 흡수하고 반사하지 않지만 온도에 따라 흑체 자체에서 전자기파를 방출하고 이것을 흑체 복사라고 한다. ☞ 빛과 전자기파 2020. 4. 21.

열 복사 뜻 열 복사(Thermal Radiation)는 절대 온도 0이 아닌 물체는 온도에 따라 전자기파를 방출하는 것이다. 아래 그림은 온도가 3500K, 4000K, 4500K, 5000K, 5500K 일 때 방출되는 전자기파에서 x 축은 전자기파의 파장 y 축은 그 파장일 때 전자기파의 세기를 나타낸다. 물체가 특정 온도일 때 방출되는 전자기파 주파수 스펙트럼은 피크를 가진 곡선이다. 다시 말하면 특정 온도의 물체에서 특정 주파수의 전자기파만을 방출하는 것이 아니라 특정 주파수를 중심으로 여러 주파수의 전자기파를 방출한다. 온도가 높을수록 주파수는 높아진다. 주파수가 높다는 것은 파장이 짧다는 것이다. 인간 체온에서는 적외선 영역이 전자기파가 방출된다. ☞ 전자기파와 빛의 차이 2020. 4. 21.

마력 단위 HP와 PS의 차이 마력은 파워의 단위로 W(와트)와 같은 단위이다. Mechanical Horsepower는 파운드를 사용하는 미국과 영국에서 사용한다. 단위는 HP이고 약 746W이다. Metric Horsepower는 미국과 영국 이외의 미터법을 사용하는 국가에서 사용하고 75kg의 물체를 1초에 1m의 속도로 들어 올릴 때의 파워이다. 단위는 PS이고 1PS는 약 735.5W이다. 한국에서는 미터법을 사용하기 때문에 마력의 단위로 PS를 사용한다. 2020. 4. 15.

호킹 복사 뜻 진공에서도 입자와 반입자가 생성되었다 다시 결합하는 것을 반복한다. 블랙홀의 사건의 지평선 근처에서 생성된 입자와 반입자 중 반입자는 블랙홀 내부로 끌려가고 입자는 블랙홀 외부로 방출된다. 이와 같이 입자가 방출되는 것을 호킹 복사(Hawking Radiation)라고 한다. 블랙홀로 끌려간 반입자는 블랙홀 내부 입자와 결합하여 소멸한다. 이러한 결합이 지속되면 블랙홀은 증발하게 된다. 크기가 큰 블랙홀은 호킹 복사보다 우주배경복사로 받는 양이 더 많기 때문에 블랙홀이 증발되지 않는다. 2020. 4. 9.

로켓의 탈출 속도 탈출 속도(Escape Velocity)란 다음 그림과 같이 행성이나 항성 등의 천체 지표면에서 대포를 쏘았을 때 천체를 벗어나는 최소 속도를 의미한다. 대포의 포탄은 대포를 나간 후에는 에너지를 받지 않는다. 대포를 나오는 순간의 속도가 탈출 속도이고 시간이 지남에 따라 속도는 줄어든다. 대포를 발사하는 각도에 상관 없이 탈출 속도는 동일하다. 대포가 아닌 계속해서 추력을 내는 로켓이라면 탈출 속도의 의미는 없다. 로켓이 지속적으로 에너지를 낼 수 있다면 어떤 속도로도 천체를 탈출할 수 있다. 시속 10km로도 천체를 벗어날 수 있다. 탈출 속도의 운동 에너지가 위치 에너지로 전환되며 탈출하기 때문에 높은 고도에서는 지표면 보다 탈출 속도가 더 낮다. 2020. 3. 10.

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