리니어 모터카(Linear Motor Car) 일본의 신칸센의 '노조미호'의 속도는 대략 시속 270km로 도쿄와 오사카 사이를 2시간 30분에 갈 수 있는 속도라고 합니다. 그런데, 이 신칸센이 개통하기 2년전에, 이미 신칸센보다 더 빠른 스피드가 나오는 초고속 열차의 실현을 목표로 한 연구를 시작하고 있었다고 합니다. 그 열차가 리니어 모터카라고 하는 열차 입니다. 일반 기차는 철로 위를 철로 된 바퀴를 굴려 달리는데 속도가 빨라지면 바퀴가 미끄러지기 때문에, 일정속도 이상으로 속도를 낼 수 없습니다. 그래서 리니어 모터카에서는 차체를 공중에 띄우고 달리게 하는 방법이 고안되었습니다. 그리고 그 기본적인 아이디어가 된 것이 바로 자석의 성질을 이용하는 것이었습니다. 어떤 자석으로 차체를 떠올릴 수 있..
판지에 1센티미터 정도의 별 모양의 구멍을 뚫고, 천장에 달린 형광등에서 나오는 빛으로 판지의 그림자를 만들면, 어떤 모양의 그림자가 생기는지 확인해 봅시다. 구멍을 뚫은 부분이 밝은 별 모양을 한 판지의 그림자가 생길까요? 실제로 해보면, 그림자의 구멍 부분은 별 모양을 하고 있지 않고, 거기에 형광등의 모습이 비추어집니다. 구멍의 형태가 원형이든, 삼각형이든, 혹은 사각형이라도 구멍의 모양과는 관계없이 형광등의 모습이 비쳐집니다. 만약 형광등이 원형 타입인 것이라면 원형 모양의 형광등의 모습이 비추어집니다. 이렇게 비추어진 물체의 모습을 상이라고 합니다. 이 상은 거울에 보이는 물체의 허상과는 달리, 거기에 실제로 온 빛으로 만들어지는 실상입니다. 광원이나 물체의 1점에서 나오는 빛은 사방팔방으로 퍼..
위치를 알기 위한 위도와 경도 1670년대에 파리 천문대의 천문대장을 맡았던 이탈리아의 천문학자인 조반니 도메니코 카시니는 목성의 위성과 토성의 위성을 관측하는 등, 천체 관측에 있어서 큰 공적을 남겼습니다. 이 시대는 유럽 국가들이 해외 진출을 한 대항해시대가 막바지에 이르렀을 무렵이었습니다. 많은 신항로가 발견되었고 활발한 무역이 이루어지게 되면서, 배의 안전한 항행이 요구되게 되었으며, 이를 위해서는 정확한 지도가 필요성하게 되었습니다. 그리고 이 지도를 적절하게 이용하기 위해서는, 주위에 아무것도 없는 망망대해에서 자신의 위치를 알기 위한 남북을 위치를 나타내는 위도와 동서의 위치를 나타내는 경도를 정확하게 알아야 합니다. 남북의 위치를 나타내는 위도는, 수평선 혹은 수평선과 태양이나 ..
인간의 눈의 수정체는 매우 뛰어난 렌즈입니다. 수정체의 특히 주목할 점은 바로 수정체의 두께를 조절하여 초점 거리를 변경할 수 있다는 것 입니다. 일반적인 렌즈에서는 이러한 작업을 수행할 수 없기 때문에, 렌즈 자체를 교체하거나, 렌즈의 거리를 조절하는 등의 방법을 사용해야 합니다. 이러한 불편을 해소하고 수정체처럼 렌즈 1장으로 해결하기 위한 개발을 진행하고 있는데, 그 중에 유체 렌즈라는 것이 있습니다. 유체를 이용하여 가변 가능한 렌즈를 만든 후에 전압을 가하여 초점 거리를 실시간으로 자유롭게 변경할 수 있는 타입의 렌즈에 대해 알아보겠습니다. 이 유체 렌즈는 굴절률이 서로 다른 두 개의 유체를 사용하여 두께와 모양을 변경하여 초점 거리를 변경합니다. 예를 들어, 네덜란드의 필립스(Philips)사..
남아메리카 대륙의 볼리비아에는 거대한 소금 평원이 있습니다. 안데스 산맥의 고도 3600미터의 고지에 '살라르 데 유우니'(살라르 데 투누파)라고하는 넓이 10,000평방 킬로미터에 달하는 소금으로 된 대지 입니다. 우유니 소금평원은 새하얀 대지로 Google Map에서 봐도 금방 찾을 수 있습니다. 이 우유니 소금평원은 아주 먼 옛날에 안데스 산맥이 해저에서 융기했을 때 이 부근이 평탄한 대지가 되어, 대량의 바닷물을 주변으로 흘려보내지 못하고 그대로 고이게 되어서 생겼다고 합니다. 우유니 소금평원은 건기에는 표면이 소금으로 되어있긴 하지만 자동차로 주행도 가능합니다. 그 고저차는 가장큰 차이가 50센티미터밖에 안된다고 하는 세계에서 가장 넓은 평평한 대지입니다. 우기가 되면 소금평원의 표면에 물이 고..
수중에서 물체가 흐릿하게 보이는 이유 물안경을 사용하지 않고 물 속에 잠수하면, 수중 보는 물체가 흐릿하게 보입니다. 왜 수중에서는 눈이 잘 보이지 않게 될까요. 그림은 인간의 안구 단면도입니다. 안구는 불투명한 공막으로 둘러싸여 있습니다. 눈 앞에는 투명한 각막과 수정체가 있으며 각막과 수정체 사이의 안방은 투명한 안방수로 채워져 있습니다. 안구의 내부는 투명한 유리체로 채워져 있습니다. 각막의 굴절률은 약 1.38, 수정체의 굴절률은 약 1.4, 안방수의 굴절률은 약 1.34, 유리체의 굴절률은 약 1.34입니다. 우리가 물체를 볼때 눈에 닿은 빛은 먼저 공기와의 경계에 존재하는 각막에서 크게 굴절되어 눈 속으로 들어갑니다. 이때 눈은 물체의 거리에 따라 섬모체를 신축시켜 수정체의 두께를 조절하여 정..
과거에는 투명한 재료라고하면 유리가 대표적이었습니다. 그러나 현재는 뛰어난 투명성을 가진 플라스틱이 개발되어, 많은 곳에서 유리 대신에 사용되게 되었습니다. 플라스틱 재료로서 투명성을 중시한 소재라고 하면, 폴리카보네이트와 아크릴 수지가 대표적입니다. 폴리카보네이트도 아크릴 수지도 투명성이 높은 플라스틱입니다만, 투명성만으로 비교하면, 아크릴 수지가 폴리카보네이트보다 우수합니다. 이러한 성질 때문에 아크릴 수지는 안경과 광섬유의 재료로 사용됩니다. 물론 아크릴 수지의 투명성도 석영 유리에는 미치지 못 하지만, 플라스틱 중에서는 투명성이 상당히 높은 재료입니다. 그러나 아크릴 수지는 깨지기 쉽다는 단점이 있습니다. 그래서 아크릴 수지의 투명성까지는 필요 없지만, 투명하면서 동시에 내구성을 추구하는 경우에는..
적외선의 발견 적외선을 발견한 것은 독일 출신의 영국 천문학자인 프레드릭 윌리엄 허셜입니다. 허셜은 1800년에 프리즘으로 분산시킨 가시광선 중에 적색광의 바깥쪽에 온도가 가시광선의 안쪽 부분보다 높아지는 것을 깨닫고, 적색광의 외측에 눈에 보이지는 않지만 열을 발생시키는 빛이 존재하는 것은 아닌가 의문을 갖게되었고, 이것을 런던 왕위 협회에 보고했습니다. 그러나 허셜이 발견한 것은 빛의 종류로 인정되지 않았습니다. 그렇기 때문에 당시에는 '적외선'이라는 단어는 사용되지 않았습니다. 적외선이라는 단어가 사용된 것은 1870년 이후입니다. 허셜은 1800년에 런던 왕위 협회에 보고할 때 이 광선에 대해서 'Calorific rays'라고 명명했다고 합니다. Calorific은 열을 발생한다는 의미이기 때문..
그림과 같이 물체 뒤에서 오는 빛을 물체 앞으로 돌리고, 물체로부터 나오는 빛이 눈에 닿지 않도록 하면 물체를 보이지 않게 할 수 있습니다. 이렇게 빛을 구부리는 소재로 물체를 감싸는 것이 가능하면 물체의 모습을 볼수 없게 할 수 있습니다. 최근에는 메타물질이라는 인공 물질이 개발되었습니다. 메타물질은 물질이라고 해도 식염이나 철 덩어리와 같은 단일 주고의 물질이 아니라 미세한 구조 단위를 반복 배열시킨 인공적인 구조물입니다. 그러나 빛에 대해서는 균질한 물질로 반응하도록 고안되어 있습니다. 일반적으로 보통 물질을 빛이 통과할때는 진행방향에 맞게 굴절하지만, 메타물질을 통과할때는 마치 반사되는 것처럼 굴절시킬 수 있습니다. 메타물질은 음의 굴절률을 가지며, 빛의 경로를 자유롭게 제어할 수 있는 물질로서 ..
물체에 빛을 투영하는 방법 영화나 프로젝터 등의 스크린 앞에 하얀 옷을 입고 서면, 하얀 옷에 영상이 비치기 때문에 옷을 입은 부분이 마치 투명해진 것처럼 보입니다. 이와 유사한 원리로 카메라로 촬영한 물체 배경의 영상을 물체의 표면에 투영하면 물체가 투명해진 것처럼 보입니다. 2010년 6월에 일본의 과학미래관에서 행해진 '도라에몽의 과학 미래전'에서 투명 망토가 소개되고 있었습니다만, 이것은 이 방법을 사용한 것입니다. 이 투명 망토는 빛을 온 방향으로 반사하는 재귀성 반사재라는 재료를 사용한 것입니다. 재귀성 반사재는 자전거의 반사판 등에 사용되고 있습니다. 다만, 이것을 투명 망토라고 부르기에는 조금 무리가 있는 것 같습니다 . 물체의 표면에 표시장치를 설치하는 방법 첨단 위장 옷의 아이디어로, ..
주변환경과 동화 주변 사람들의 시야에서 벗어나기 위해, 직접 눈으로 들어가는 빛을 차단하는 방법을 생각해 볼 수도 있는데, 흑색은 빛을 모두 흡수하는 소재이긴 하지만, 흑색의 소재를 눈으로 인식할 수 없는 것은 아닙니다. 그러므로 검은 망토를 뒤집어 쓰더라도 모습을 없엘 수 없습니다. 그러나 주위의 환경에 따라서는 눈에 띄지 않게 할 수 있을 것입니다. 예를 들어, 한밤중이라던가, 혹은 빛이 들어오지 않는 어두운 지하실 같은 곳에서 완전히 검은 옷을 입는다면 눈에 띄지 않을 수 있을 것 입니다. 이렇게 시간적, 공간적인 부분에 대해서 치밀하게 고려한다면, 검은 옷의 모습은 거의 눈에 띄지 않게 됩니다. 물론 빛을 모두 흡수하는 소재가 아니어도, 모습을 눈에 띄지 않게 하는 것은 가능합니다. 군복에 사용되..
투명인간의 등장 어느 폭풍우 치는 추운 겨울 날 아침, 영국의 한 시골 마을의 여관에 한 명의 수상한 남자가 도착합니다. 그 남자는 방에 많은 약품의 병을 반입하고는, 문을 닫고 화학 실험을 시작했습니다. 남자는 부상을 입은 것도 아닌데 얼굴과 온 몸을 붕대로 싸매고 있어, 마치 괴인 같은 모습을 하고 있었다. 이윽고 남자의 기분 나쁜 모습과 행동에 마을 사람들이 그 정체를 추궁하자, 그 남자는 머리에서부터 붕대를 풀며 자신의 정체를 밝혔습니다. 거기에는 머리 부분에 아무것도 없는 목이 없는 남자가 서 있었습니다. 이 남자는 실험으로 몸을 투명하게 하는 약을 발명한 투명 인간이었던 것 입니다. 이것은 영국의 SF 작가 허버트 조지 웰스가 1897년에 출판한 '투명인간'이라는 소설 속의 이야기 입니다. 몸..