[카테고리:] 학술

  • 질문 몇 개

    최근 궁금한것 몇개.

     

    *페이스북에 올라오는 댓글들의 링크.


    https://www.facebook.com/groups/ko.physics/permalink/570248356395969/?stream_ref=2

     

    1. 차들이 한대. 두대. 여러대 지나갈 때, 시간 간격을 다 재 보았다. 다음 차는 언제 지나갈 확률이 높을까?
    2. 암실에서 컵에 담은 뜨거운 물을 이용해서 시간에 따라 온도가 줄어드는 속도를 재는 실험을 하면, 검정색 컵이 하얀색 컵보다 온도가 더 빨리 떨어질까?
    3. 겨울철 외출시 난방을 켜고 나가는게 더 도움이 된다고? 정말?


    http://blog.daum.net/mocie/15612546

     

    추가4. 손잡이를 뜨거운 물과 차가운 물 사이에서 돌려서 조절하는 수도꼭지의 경우, 적절한 온도를 맞추기 위해서는 가운데 부분에서 아주 섬세한 조절이 필요하다. 왜 그럴까?

    http://snowall.tistory.com/3423

    1차 근사 풀이
     

    추가5. 도넛(torus) 모양의 행성이 있다고 가정하자. 이 도넛은 고리의 축을 중심으로 자전하고 있다. 도넛의 안쪽에 있는 사람은 원심력 때문에 중력이 강해지지만, 머리 위에도 질량이 있으므로 중력이 약해지기도 한다. 도넛의 바깥쪽에 있는 사람은 원심력 때문에 중력이 약해지지만, 발 아래에 질량이 안쪽에 있는 사람보다는 많으므로 중력이 강해지기도 한다. 도넛의 반지름이 일정하다고 할 때, 자전 속도를 잘 조절하여 이 별 표면의 모든 곳에서 느끼는 중력이 같아지도록 할 수 있을까? 아예 불가능할까?
     

    6. 징검다리에서의 속력 양자화 문제.
     

    7. 눈금이 0.1kg까지 나오는 디지털 체중계가 있다. 이 저울로 1g 단위의 소금을 잴 수 있을까?

     

    8. 헬륨을 고무풍선에 넣고 입구를 묶었다. 고무풍선은 후크의 법칙을 따르며, 매우 이상적인(=이상한) 고무풍선이라 절대 찢어지지는 않는다. 이 풍선은 지표면 위로 얼마나 올라갈까? 영원히? 얼마나 커질까? 영원히? 만약 헬륨이 풍선의 면을 통해서 아주 조금씩 새어나온다면, 얼마나 오래 걸려야 땅으로 떨어질까?
     

    9. 시계 바늘이 양쪽으로 뻗어있는 시계가 있다. 즉, 12시를 가리키고 있으면 반대쪽으로도 6시를 가리키고 있는 시계이다. 겉보기에는 바늘이 가리키고 있는 것이 12시인지 6시인지 알 수가 없다. 시침과 분침이 모두 그렇다고 할 때, 몇시 몇분인지 알아낼 수 있을까?
     

    10. 괴델의 불완전성 정리를 양자역학적 관점에서 재구성할 수 있을까? (불확정성 원리와는 다르다!)
     

    11. 어떤 반도체 소자가 있다. 이 반도체 소자의 특성은 레이저를 사용하여 직접 접촉하지 않고 알아낼 수 있다. 또한, 이 반도체 소자의 특성은 슈뢰딩거 방정식에 의해서 완전히 설명할 수 있을 것이다. 이제 이 반도체 소자가 광속(에 가까울 정도로 매우 빠른 속력)으로 날아가고 있다고 가정해 보자. 이 반도체 소자의 특성을 레이저로 조사하였을 때 나타나는 특성은 슈뢰딩거 방정식으로 설명할 수 있을까? 아니면 디락 방정식을 사용해야 할까?

     

    12.



    손바닥의 양쪽 끝 점이 축구공의 중심과 이루는 각도가 180도보다는 작다고 하자. (180도조차도 아니라고 한다.)

    축구공이 완벽한 강체라고 가정하자. 이 경우 축구공을 잡는 것이 가능할까? 가능하다면 손바닥의 양쪽 끝 점이 축구공의 중심과 이루는 각도, 축구공의 질량, 축구공과 손 사이의 마찰계수, 중력가속도 등 사이에 어떤 관계가 있을지 나타내 보자. 불가능하다면 증명하자.

     

    13.



    이거 풍향계 겸 풍속계로 쓸 수 있다. 어떻게 가능할까?
     

    14.
    단면이 다각형인 긴 막대기가 있다. 이 막대기가 물 속에서 가라앉는다고 하자. 물은 잔잔하여 흐르지 않는 상태이다. 처음에 가라앉기 시작했을 때는 회전하지 않는 상태였다. 가라앉으면서 이 막대기는 회전할까? 회전 방향은 상관 없다. 어느쪽이든지 회전할 수 있을까? 물이 아닌 다른 종류의 액체라면 회전할 수 있을까?
     

    15.

    왜 스핀이 2보다 더 큰 기본입자는 없을까? 아직 3/2 스핀이나 그보다 더 높은 스핀을 가지는 기본입자를 들어본적이 없다.

     

    16.

    왜 기본입자는 그 크기가 작을까?

     

    17.

    커피 전문점에서 아이스 아메리카노를 주문하면, 얼음을 먼저 컵에 담고, 에스프레소 기계에서 나온 커피 원액을 얼음이 담긴 컵에 그대로 부어준다. 컵에 대해서 얼음이 차지하는 부피가 몇 %인지 알고 있고, 커피와 얼음의 온도를 알고 있다면, 딱 1잔을 채우기 위해서 커피 원액을 얼마나 부어야 할까? 얼음은 커피 원액에 의해서만 녹는다고 가정하자.

     

    18.
    머리카락 굵기를 어떻게 재볼까? 가능한 한 다양한 방법을 생각해 보자.

     

    19.

    why doesn’t there exist higher intrinsic spin particles than s>3?
     

    20.

    can the supersymetry explain neutrino masses without right handed neutrino? (YES!!)
     

    21.

    높이 h인 책상에서 질량 M과 신장 H인 사람이 팔굽혀펴기를 한다. 팔 길이를 L이라고 한다면, 이 사람이 팔굽혀펴기를 1회 실시할 때 하는 일의 양은 얼마인가? 중력가속도는 9.8m/s^2으로 두자.

     

    22.

    꽤 높은 아파트에서 소주병이 떨어지는 사건이 있었다.

    만약 밑에 있는 사람이 우산을 쓰고 있다고 가정하면, 이 사람은 괜찮을까?

    벽돌은 어떨까?
     

    23.

    추운 겨울에 얇은 비닐장갑과 두터운 털장갑이 있다. 둘 다 끼울 수 있다면 어떤 장갑을 안에 끼우는 것이 더 따뜻할까?

    둘 중 하나만 골라야 한다면, 어떤 것이 더 따뜻할까? 여친 손이 더 따뜻해요는 정답이 아니다.
     

    24.
    냉장고에 같은 양의 물건을 넣거나 뺀다고 가정하자. 한번에 다 넣거나 다 빼는 것이 좋을까 아니면 여러번 나눠서 넣거나 빼는 것이 좋을까? 단, 여러번 나눠서 처리할 때, 냉장고 문을 닫고나서 다시 열 때 까지는 충분히 긴 시간 간격을 둔다고 하자.
     

    25.

    계란후라이를 부치면 왜 가장자리만 과도하게 익어서 딱딱하게 굳을까?

    부침개나 다른 비슷한 것들은 안 그렇던데…
     

    26.

    흔드는 것만으로 탄산음료 페트병을 터뜨릴 수 있을까? 맥주 유리병은? 이런저런 가정은 필요하다면 도입하자.
     

    27.
    우리가 쓰는 보통의 냉장고는 남극에 가면 항온기로 작동할까? 아니면 작동을 안할까?

     

    28.

    지구 내부와 외부를 통틀어서, 중력가속도가 10.0m/s^2이 되는 위치가 존재할까? 우주에 있는 다른 별들의 중력은 무시하도록 하자. 지구가 완벽하게 매끈한 공 모양인 경우와, 실제 지구의 경우를 비교해 보자.

     

    29.

    내 안경은 가볍고 부드럽게 휘어지는데 재질이 금속인지 플라스틱인지 모르겠다. 겉에는 절연체로 코팅되어 있어서 전기는 어쨌든 안 통한다.
    어떻게 알아보지? 아르키메데스처럼 물에 넣어봐야 아는건가…
     

    30.

    도심 지하 동공을 탐사하기 위해 탄성파 탐사를 할 수 있는데, 이 때, 음원으로 지하철을 이용하는 것은 어떨까?

    31.

    생물의 진화를 이용해서 양자 컴퓨터를 구축할 수 있는가?

    32.

    선폭이 점점 좁아지는 반도체 칩의 세계에서, 선폭이 원자 1개 수준에 접근하면 이걸 응용해서 양자컴퓨터로 쓸 수 있는가?

     

    나중에 풀어봐야겠다. 언제…

     

  • 양자화의 비극(2)


    예전에 가격 양자화에 대하여 글을 쓴 적이 있다.


    http://snowall.tistory.com/2330

    요즘은 수법이 좀 더 광범위하게 사용되고 있다.

    가격을 9900원, 19900원, 29900원 등 900원에서 끊어놓고 “2만원대”라든가 “1만원대”라는 식으로 광고하는 것을 많이 본 적이 있을 것이다. 표면적으로는, 3만원으로 맞춰서 3만원대에 파는 것 보다는 백원 싸게 팔더라도 2만원대에 파는 것이 더 매출이 오르기 때문이다.

    하지만 이 가격 정책은 다른 할인쿠폰과 연동되는 경우 더 많은 매출을 올릴 수 있다.

    가령, 2만원 이상 구입할 때 1천원 할인해 주는 쿠폰이 있다고 하자. 19900원짜리 물건을 사면 이 쿠폰으로 할인을 받을 수 없다. 만약 천원짜리 물건이 있다면 그걸 사면 되겠지만, 그런 물건에는 이 쿠폰을 적용할 수 없을 것이다. 결국은 3만원어치를 살 수밖에 없게 된다. 이 경우, 할인을 받기 위해서 다른 물건을 더 사는 것 보다는 할인 쿠폰 유통기한을 넘겨서 쿠폰을 버리게 되더라도 그냥 원래 사려고 했던 19900원짜리 물건만 사는 것이 더 낫다.

    마트 주차장은 3만원 이상 구매시 1시간 무료 등으로 조건이 붙어 있는데, 29900원짜리 물건을 두시간만에 사서 나오면 주차요금이 1천원 정도 나올 것이다. 여기서 주차요금을 아끼기 위하여 다른 물건을 더 사는 것 보다는, 그냥 주차요금을 내고 나오는 것이 더 낫다.

    물론 나도 그런 이유로 필요 없는 물건을 많이 사기는 하지만.

    알면서도 멈출 수 없는 마트의 유혹.

  • 7파장 램프


    http://bulsae.hankyung.com/goods/detail.php?goods_idx=466

    일단, 위의 내용은 광고글이므로 공부할 때 사용하는 7파장 램프 스탠드가 필요하지 않다면 굳이 가볼 필요는 없다.



    글에 보면 위와 같은 내용이 있는데, 7파장 램프가 가장 자연광에 근접하다고 한다.

    자연광이라면 태양빛일텐데, 얼마나 비슷할까?




    http://en.wikipedia.org/wiki/Sunlight

    위의 그래프에서 빨간색으로 칠해진 부분 중, Visible이라고 되어 있는 영역만 살펴보면 된다. 광고글의 그래프에서는 적색부터 황록색까지라고 했는데, 그럼 위의 Visible 영역에서는 오른쪽 절반에 해당한다. 그리고 왼쪽으로 갈수록 파란색, 오른쪽으로 갈 수록 빨간색이므로 광고글의 그래프와 위에 가져온 위키백과의 그래프는 좌우가 서로 반대로 되어 있다. 그런데, 사실 보면 알 수 있겠지만, 저 영역에서 파장에 따라 큰 차이가 나지는 않는다. 오히려 그 옆에 있는 오파장 램프쪽이 그래프가 생긴걸로만 봐서는 자연광에 좀 더 가깝다고 할 수 있겠다.

    그래프가 아예 없으면 나처럼 생각하는 사람도 없었겠지만, 그래프를 그려놨으니 한번 비교해 보고 싶은게 인지상정인지라. 물론 더 많은 파장을 섞어서 만든 빛이 연속 스펙트럼인 자연광에 더 가까운 것은 사실이므로, 칠파장 램프가 다른 두 램프보다 자연광에 가깝다는 주장은 맞긴 맞다. 광고에 그래프를 멋있어 보이는걸 쓰느라 저런게 들어갔겠지만.

    전구 세종류 다 사다놓고 프리즘 하나만 있으면 분광시켜서 어떤 것이 가장 자연광이랑 유사한 스펙트럼을 갖고 있는지 알 수 있겠지만… 누군가 해보겠지.

  • 제곱해서 i가 되는 수 찾기

    이런 방정식이 있다.

    여기서 z는 복소수이고, i는 -1의 제곱근인 허수단위이다. 즉, 네제곱해서 -1이 나오는 복소수를 찾으라는 것이다.

    풀이1

    a와 b를 실수라고 할 때, 복소수 z는 두 실수를 이용하여 나타낼 수 있다.

    복소수의 상등에 의해 실수부분과 허수부분이 같아야 하므로

    b를 a에 대입하면 (a를 b에 대입하든가)

    이 때, a와 b의 부호가 다르면 2ab=1>0이 성립되지 않으므로 a와 b의 부호가 같아야 한다. 따라서.

    근이 두개인 이유는 2차방정식이니까.

    풀이2

    오일러 공식에서,

    일단, 크기에서 r=1 (r>0이므로 r=-1은 제외한다.)

    첫번째 등호에서,

    따라서

    이 경우

    두번째 등호에서,

    이 경우

    풀이3

    근의 공식 이용.

    근의 공식을 그대로 적용하면

    두번째 줄에서는 무에서 유를 창조하는 인수분해가 사용되었다.

    물론 풀이1과 풀이2의 답은 같다. 드 무아브르의 공식을 잘 사용해 보자.

  • 92%가 못 푼다는 그 문제


    http://news.naver.com/main/ranking/read.nhn?mid=etc&sid1=111&rankingType=popular_day&oid=143&aid=0002102685&date=20130217&type=1&rankingSeq=2&rankingSectionId=105



    괄호를 어디에 치느냐에 따라 답이 다른데

    a = (7 + (7 / 7) + 7) x (7 – 7)

    b = (7 + (7 / (7 + (7 x (7 – 7)))))

    c = (7 + (7 / 7) + (7 x 7)) – 7

    d = ((((7 + 7) / 7) + 7) x 7) – 7

    대체로 c처럼 계산하긴 하지만, 어떻게 하자고 정하느냐에 따라 a, b, d도 맞는 답이다. 참고로, 수학자들은 이런 문제로 안 싸운다.

  • 우주선 뮤온 검출을 위한 CAU 다선비례검출기 설계와 제작


    http://www.kps.or.kr/home/kor/journal/library/abstract_view.asp?articleuid={486F680D-C3C4-4D3D-851D-4547693DE3EF}

    우주선 뮤온 검출을 위한 CAU 다선비례검출기 설계와 제작

    이지훈, 김태현, 남기환, 박현정, 송두리, 신재철, 오민기, 이종훈, 이필수, 진경환, 김시연.

    새물리, Volume 62, Number 6, 2012년 6월, pp. 636~642.

    내 이름이 들어간 논문이 또 나왔다. 2005~2007년 사이에 관여하고, 최근에는 신경을 못 쓰고 있었는데 교수님께서 내 이름도 저자로 넣어 주셔서 하나 더 나오게 되었다.

  • 달, 나로호, 케플러

    뉴턴이 만유인력의 법칙을 발견하는데 큰 도움이 되었던 것이 바로 케플러의 법칙들이다. 그 중, 직접적으로 만유인력의 법칙이랑 관련된 것은 첫번째 법칙과 세번째 법칙이다. 첫번째 법칙은 ‘행성 궤도는 타원이다’라는 법칙이고, 너무 간단해서 자세히 설명할 것도 없다. 세번째 법칙은 ‘어떤 행성의 궤도 장반경의 세제곱은 주기의 제곱에 비례한다’이다. 물론 간단하긴 하지만, 제곱이니 세제곱이니 하는 말들이 나오면 머릿속이 복잡해 지기 때문에 간단한 설명이 필요하다.

    일단, ‘궤도 장반경’이 뭔지 알아야 한다. 이건 어려운 개념은 아니고



    타원 궤도를 돈다고 했으니, 위에서 보면 그 움직임이 타원 모양일 것이고, 그럼 그 타원이 찌그러져 있으니 길쭉한 쪽의 크기와 짤막한 쪽의 크기가 구분될 것이다. 그중 긴게 장반경, 짧은게 단반경이다. 궤도의 반경이니 궤도 장반경이 된다.

    다시 말해서, 케플러의 세번째 법칙은 다음과 같다.

    장반경 x 장반경 x 장반경 = 비례상수 x 주기 x 주기

    중요한건 같은 뜻 다른 모양의 다음 공식이다.

    (장반경 x 장반경 x 장반경) / (주기 x 주기) = 비례상수

    장반경을 세번 곱한것을 주기로 두번 나누면, 이것은 일정한데, 그 중심에 있는 천체가 같으면 일정하다. 쉽게 말해서, 태양계에 있는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성은 궤도 장반경과 그 공전 주기 사이에 위와 같은 관계가 똑같이 성립한다는 뜻이다. 또, 목성에 있는 16개의 위성들끼리도 위와 같은 관계가 성립한다. 물론 태양계의 행성들과 목성의 위성들 사이에는 성립하지 않는다. 태양계의 행성은 태양을 중심으로 돌고, 목성의 위성은 목성을 중심으로 돌기 때문이다.

    그나저나, 달은 궤도 장반경이 384400킬로미터이고, 공전주기가 27.3일이다. 나로호는 궤도 장반경이 900킬로미터이고 공전주기가 103분이다. 뭔가 이상하다. 내가 뭘 틀렸지?

    —-

    추가 – 정진명 님의 소중한 힌트에 힘입어…

    —-

    위에서는 지구의 반지름을 고려 안했다. 당연히 틀리게 된다.

    지구의 반지름은 6738킬로미터라고 되어 있으므로, 달의 궤도에 대해서는 무시해도 크게 틀리지 않겠지만, 나로호에 대해서는 무시하면 완전히 틀리게 된다.

  • 큰거 재기 #4 – 태양의 크기

    달의 크기와 달까지 거리를 알아냈으면, 이제 그 다음으로 멀리 떨어져 있는 태양까지의 거리를 알아낼 차례다. 비례식을 두번 사용해야 하기 때문에 계산이 복잡해 보일 수는 있겠지만, 사실 비례식이나 도형의 닮음 같은 개념들은 중학교 때 다 배우는 것들이라 이게 어렵다면 어떻게 할 수가 없다. 더 쉽게 하려면 초등 수준으로 가야 할텐데, 그럼 자로 대서 재보는 수밖에 없고, 1억 5천만 킬로미터는 자로 재기엔 너무 먼 당신이다.

    (지구 크기까지는 자로 쟀었다.)

    우선, 천문학 공부를 간단히 해야 한다. 별까지 거리를 알아보는 것 자체가 천문학 공부이긴 하지만.

    지구와 태양 사이의 거리를 알아내기 위해서는 일식과 월식 현상을 조사해야 한다. 일식(Solar eclipse)은 태양이
    달에 가려지는 현상이다. 당연히(!) 낮에만 볼 수 있는 현상이다. (밤에는 가려질 태양이 없으니까.) 반대로, 월식(Lunar
    eclipse)는 달이 지구 그림자에 가려지는 현상이다. 물론 밤에만 볼 수 있는 현상이다. 천만 다행으로, 인간을 위해서 그런건 아니었겠지만, 지구 주변에는 아주 적당한 크기를 가진 달이 아주 적당한 거리에서 아주 적당한 궤도로 돌고 있다. 여기서 아주 적당한 궤도란, 지구의 공전면과 달의 공전면이 거의 같은 평면에 있기 때문에 적당하다는 뜻이다.

    일단 월식을 먼저 알아보자.



    월식은 부분월식과 개기월식이 있다.

    특히, 개기월식 때는 위와 같은 과정으로 달이 지구를 통과하게 되는데, 대충 지구 그림자의 크기는 달 크기의 2.5배가 된다는 사실을 알 수 있다.




    https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9B%94%EC%8B%9D

    지구 그림자의 크기가 달 크기의 2.5배 정도 된다는 사실은 다음의 개략도를 보고 이해할 수 있다.



    from

    http://eclipse.gsfc.nasa.gov/OH/OH2007.html

    Eclipse map/figure/table/predictions courtesy of Fred Espenak,
    NASA/Goddard Space Flight Center.

    For more information on solar and lunar eclipses, see Fred
    Espenak’s Eclipse Web Site:

    sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/eclipse.html

    지구의 본그림자 안에 달이 대충 2개 반 정도 들어간다는 사실을 알 수 있을 것이다. 이 사실로부터, 우리는 지구의 그림자가 멀어질수록 작아지는데, 지구와 달 까지의 거리 정도로 멀어지면 저만큼으로 작아진다는 사실을 알 수 있다.



    이제, 위와 같은 그림을 그려보자. 우리는 B와 r과 C를 알고 있다. 그럼 초등학교와 중학교때 배운 간단한 비례식을 사용해서 R의 크기를 알 수 있다. 수능에도 나왔을지도 모른다. 일단 삼각형의 닮음만을 생각한다면, 달이 있는 위치인 C의 오른쪽에 있는 꼭지점을 보자. 이 꼭지점을 기준으로 하면, 달이 지나간 지구의 그림자(C)가 이 꼭지점과 함께 삼각형을 만들 수 있고, 지구(B)의 지름을 한 변으로 해도 삼각형을 만들 수 있고, 태양(A)을 한 변으로 해도 삼각형을 만들 수 있다. 이 세개의 삼각형은 모두 닮음이다. (각 하나가 닮았고, 변 세개가 모두 평행하다.) 무슨 뜻이냐 하면, 각 삼각형의 거리의 비율이 각 삼각형의 밑변(=각 천체의 지름) 비율과 같다는 뜻이다.

    그리고 삼각형을 만들지 않더라도, 사다리꼴만 만들어도 비례식을 세울 수 있다. 이것도 일단은 별다른 설명 없이 넘어간다. 이런게 궁금한 독자라면 직접 풀어볼 수 있을 것이다.

    그러므로 C:B=r:(r+R)이 된다. 여기서 C와 B와 r을 알고 있으니, R을 구할 수 있다. 이 비례식으로부터 Br=Cr+CR이 되므로, 우리가 원하는 R은 (B-C)r/C가 된다.

    이렇게 하면 태양의 크기를 대충 알아낼 수 있다.

  • 그림자

    그래서, 우선 그림자에 대해 알아보자. 그림자(shadow)란 다들 알다시피 빛이 물체에 가로막혀서 그 뒤에 나타나는 어두운 부분이다. 그런데 그림자를 자세히 본 사람은 알겠지만,