과학하고앉아있네 9월의 물리학자들.pptx

김현철 - 2022년 9월 과학하고 앉아있네
만유인력의 법칙과 쿨롱의 법칙
거리의 제곱에 반비례한다는 말은?

뉴턴은 어떻게 중력 법칙을 알아냈을까
?
진짜 이랬을까요?

케플러의 제 1 법칙(궤도 법칙)
관측의 결과
원궤도: 코페르니쿠스 타원궤도: 케플러

케플러의 제 2 법칙(면적 법칙)
티플러, 물리학 교과서
태양과 행성을 잇는 직선이 단위 시간 당
쓸고 지나가는 면적은 항상 일정하다.
각운동량의 보존

케플러의 제 3 법칙(주기 법칙)
어떤 행성의 주기의 제곱은 타원궤도의 주축의 세제곱에 비례한다.
C는 모든 행성에 대해 값이 같다.

케플러의 제 3 법칙(주기 법칙)
케플러의 법칙들 뉴턴의 만유인력의 법칙
천상의 물리학과 지상의 물리학의 통일

“거리의 제곱에 반비례한다”의 심오한
뜻

뜻
광자의 정지질량 =0

뜻
수소 원자 안에 있는
전자와 양성자 사이의 쿨롱의 힘과 중력

만유인력의 법칙과 쿨롱의 법칙,
아주 작은 영역에서는 어떻게 될까?

밀리미터 크기의 물체 사이의 중력
Nature, 591, 225 (2021)
계통 오차를 포함시키면
중력 상수와 차이가 없음.

쿨롱의 법칙은 어디에서까지 만족하는
가?
1939년, 프뢸리히, 하이틀러, 칸:
쿨롱의 법칙이 어긋나기 시작.
원자와 핵 안에서도 쿨롱의 법칙은 만족.
양성자 내부에서는 더는 적용이 되지 않음.

오정근 - 2022년 9
월
수퍼히어로의 물리
학

헐크의 땅콩버터샌드위
치 헐크의 힘이 음식에서 나온다면 땅콩
버터 샌드위치를 몇개나 먹어야할까
?

치
칼로리 (calorie):
물 1g을 14.5°C - 15.5°C올리는데 필요한 에너지
𝑄 = 𝑐𝑚Δ𝑡
열량
비열: 물질의 단위질
량의 온도를 1도 올리
는데 필요한 열량 (물:
1)
칼로리 (Calorie):
- 1 Calorie = 1 kcalorie = 1,000 calorie
= 4,200 Joule
PBJ (Peanut Butter and Jelly sandwich)
— 380 Calorie = 380 kcalorie = 380,000 calorie
= 380x4,200 Joule = 1,596,000 Joule = 1.6 x 106 Joule

치
Leviathan Ship (Chitauri)
- 무게 3백만톤
𝐸𝑒𝑞. =
1
2
𝑀𝑙𝑒𝑣.𝑣𝑙𝑒𝑣.
2
=
1
2
× 3 × 109
[𝑘𝑔] × (84)2
(𝑚2
/𝑠2
) = 1.06 × 1013
[𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒] = 0.253 × 1010
[𝑘𝑐𝑎𝑙]
0.253 × 1010
[𝑘𝑐𝑎𝑙]
380[𝑘𝑐𝑎𝑙]
= 6.66 × 1010
[𝑃𝐵𝐽]
약 600만개의 땅콩버터 샌드위치!!!!

치
주의!
헐크도 열역학 제1, 2법칙을 피해갈 수는 없다.
열(밥) = 일 + 내부에너지 열역학 제1 법칙, 다른 말로는 다이어트 법칙
헐크가 먹은 땅콩버터 샌드위치 중에서 일부분은 몸의 온도를 유지하는 데 써야 함
게다가 열역학 제2법칙 때문에 땅콩 버터 샌드위치의 열량을 모두 일로 바꿀 수도 없음

아다만티움 금속을 온몸에 주입하여 골격이 아다만티움으로 구성된 Mutant
- 신에 가까운 재생능력으로 어떠한 부상에서도 시간이 지나면 회복
- 이 시술로 체중이 약 590kg정도에 나감
- 그리즐리베어는 약 체중이 500-600kg
- 그리즐리의 경우 금속으로 된 자동차 문도 찢는다고함
아다만티움의 물성은?
울버린의 물리학

휴 잭맨 기준:
- 키: 188cm / 몸무게: 85kg
- 60% (근육): 85x0.6=51kg
- 8% (피부/혈액): 85x0.08=6.8kg
- 18% (뼈): 85x0.18=15.3kg
- 14% (지방, 수분): 85x0.14=11.9kg
590kg
520.3kg
인간 골격의 표면적: 대략 188cm기준 약 9.7m2
- 아다만티움의 코팅이 1mm두께이면
- 사용된 아다만티움의 부피는 9.7x0.001 = 0.0097m3
0.0097m3의 아다만티움이 520.3kg의 무게에 해당하므로
아다만티움의 밀도는: 53,639 kg/m3
76 Os
𝜌 =22,586kg/m3
77 Ir
𝜌 =22,562kg/m3
26 Fe 𝜌 =7,874kg/m3

아다만티움의 밀도: 53 639 kg/m3
중성자 별의 밀도: (3.7×1017 - 5.9×1017) kg/m3
태양 중심의 밀도: 151 100 kg/m3
20킬로미
터
핵밀도:
오스뮴의 밀도: 22 586 kg/m3

평균 기초대사량 (성인남자 vs. 울버린)
- 188cm / 85kg = 2,000kcal
- 188cm / 590kg = 10,000kcal
* 마이클 펠프스, 박태환 : 최대 약 3,000kcal
병원식의 경우:
- 치유와 재생을 위해 에너지를 사용함 (대략 500kcal 소모 가정)
- 병원식으로 2,500kcal의 고단백열량 식사를 제공
울버린의 치유능력에 역시 에너지를 사용:
- 순식간에 일어나는 재생능력으로 대량 2,500kcal/min 가 사용된다고 가정
- 실시간 전투중 (약 10분간) 사용되는 에너지는:
기초대사량 (10,000kcal) + 10분간 재생에너지
(2,500kcal x10) + 전투중 활동에너지 (?)
= 35,000kcal + 𝛼

弘益人間의 물리학 II
개천절 특집 <과학하고 앉아있네> - 물리학자들

오정근 - 2022년 9월 과학하고 앉아있네
미세중력검출을 통한 지진중력탐
사
- 홍익인간의 중력

p파의 전파: 초속 8km - 약 62.5초 후 지상도달
s파의 전파: 초속 4km - 약 125초 후 지상도달
중력의 변화: 초속 30만km(빛속도) - 약 0.0016초 후 탐지 (즉시탐지)
가장 피해가 큰 s파의 전달시
까지 약 2분간의 초동 조치시
간
확보가능:
화재예방, 전원차단, 인명대피
등
지진으로 인한 2차재난을 예
방
중력의 변화를 측정하여 지진을 탐
지함으로써 지진 조기경보에 활용
기존 지진조기경보는 p파를 감지하여 s파의 전파를 예보함

• 중력 측정을 통한 지진 탐지 분석기법 연구
- P-파기반 예보와 중력측정기반 조기경보의 비교 연구 (Juhel et. al. JGR:Solid
Earth, 2018)
중력측정을 통한 지진 조기탐지 연구
32
초전도 중력지진조기경보기의
개념설계도와 구성도 (HJPaik, XBian)

기초과학연구원 지하실
험실
- 강원도 정선군 예미읍
“YEMI LAB”

기초과학연구원 지하실험
실
AMORE실험:
이중베타붕괴 실험
최근에 발견한 중성미자 진동은 입자물리 표준모형으로 설명할 수 없는, 중성미자가 질량을 갖는다는
것을 명확히 알려준다. 그러나 이 발견은 중성미자 질량의 크기와 중성미자 성질이 무엇인지에 대한
의문에 답을 주지는 않는다. 이러한 의문에 대한 답을 주기위해서, AMoRE 실험은 동위 원소 붕괴에
서 오직 전자 두 개만 방출하는 “중성미자 없는 이중베타 붕괴”에 대해서 민감도가 높은 탐색 을 수행
할 계획입니다. 이러한 붕괴를 관측한다면, 중성미자는 현재 발견된 기본입자와 다른 질량 구조를 갖
는다는 확정적인 증거이다.

Yemi 미세중력측정
소
Yemi Observatory
NIMS-Calgary JRL

실험실 구축 (진행중)
9.16현재
~9/30 초전도중력계 운송
10/4-8 극저온 냉각 (4K)
10/10-10/16 초전도중력계 설치 / 부양 / calibration
10/18-10/30 절대중력계 보정 및 가속도계 설치
관측가동: 2022. 11/1~ 2025. 12/31

라돈
어니스트 러더퍼드와 로버트 오웬스
반감기: 3.82 일
라돈: 불활성 기체

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