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[2022 봄호] 포스테키안 제작기

  • POSTECHIAN
  • 2022-07-06 07:00:15

2022 SPRING 알리미 온에어

포스테키안 제작기

전국의 포스테키안 구독자 여러분, 안녕하세요!

날씨가 점점 따듯해지고 꽃도 피는 2022년의 봄이 왔네요! 한 해의 시작을 잘 해내고 계시나 요? 저희 알리미들도 2021년에 이어 다양한 수ㆍ과학 내용과 포스텍의 이야기를 전달하고, 비대면 상황 속에서도 다채로운 콘텐츠로 여러분을 찾아가기 위해 노력하고 있습니다! 이번 봄호에서는 알리미들이 기획, 작성, 편집까지 모든 부분을 직접 진행하는 포스테키안의 제작 과정을 소개해 드리고자 합니다. 여러분들이 읽고 계신 바로 이 포스테키안은 전국의 고 등학생들에게 배포되는 이공계 진로 설계 안내서로, 포스텍을 알리면서 이공계를 비롯한 다 양한 분야에서 활동 중이신 훌륭한 분들의 이야기를 담고 있는데요. 기획특집과 같이 알리미 들이 직접 작성하는 수ㆍ과학적 글, 알턴십 같이 알리미들이 출연하는 영상, 포커스와 같이 고등학생 독자가 포스텍 구성원을 인터뷰하는 글 등, 정말 다양한 콘텐츠를 담고 있습니다. 저희 알리미는 포스테키안 제작을 위해 회의, 기획 등 모든 부분에서 노력을 기울이고 있습니다! 이번 알리미 온에어에서는 포스테키안의 각 코너에 들어갈 내용을 제안하고, 코너별로 영 상에 들어갈 내용을 기획하며, 시안이 제작되면 수정 의견을 모으는 과정까지 담아봤습니다. 알리미들의 포스테키안 제작이 어떻게 진행되는지 궁금하시다면? 7월 8일, 위의 QR 코드를 통해 공개되는 영상을 확인해 보세요!


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[2022 봄호] 2-예쁜 포장지 속 진짜 선물인 '나'를 찾아보아요

  • 황예원
  • 2022-07-01 07:04:17

2022 SPRING 알스토리

예쁜 포장지 속 진짜 선물인 '나'를 찾아보아요

2022년 봄, 유난히 코로나19 바이러스가 기승을 부렸던 계절로 기억될 것 같은데요. 당연했던 것들을 잃어가고, 기약 없는 기다림이 무려 3년째 지속되고 있는 상황에서 여러분은 어떤 하루하루를 보내고 있나요? 일상에 수많은 제약이 걸리는 와중에도 공부는 놓을 수 없는 학생분들은 유독 힘든 나날들을 보내고 있을 것 같아요. 그런 여러분께 조금이나마 도움이 되고자 제 수험 생활을 돌아보며 그때는 미처 몰랐던, 놓쳐서 아쉬웠던 깨달음들을 전해볼까 해요.

여러분은 얼마나 솔직한가요? 대뜸 얼마나 솔직하냐니, 당황스러울 수도 있겠네요. 친구들이나 부모님께 거짓말하지 않는 솔직함, 당연히 중요하죠. 잘못했을 때 고백할 수 있는 솔직함, 마찬가지로 정말 중요합니다. 그렇지만 여기서 제가 물어본 솔직함은 ‘자기 자신에게 진실됨’을 의미합니다. 그럼 다시 물어볼게요. 여러분은 자신에게 얼마나 솔직한가요? 혹시 보여지는 모습만을 의식하며 자신을 속이고 있지는 않나요? 저는 고등학교 시절 남들의 시선을 많이 의식했던 것 같아요. 스스로 솔직해지기보다는 포장된 모습으로 남들에게 인정받는 것을 더욱 중요시했죠. 특히, ‘공부를 열심히 하는 학생’으로 저 자신을 포장하기 바빴습니다. 친구들이나 주변 사람들에게 “와, 쟤 공부 진짜 오래 한다~”, “끈기 엄청난데?” 등의 평가를 받고 싶었어요. 그래서 저에게 정말 필요한 공부가 무엇인지도 모른 채 정작 ‘나’에 대해서는 생각해 보지도 않고 시간만 축내는 비효율적인 공부를 하게 된 것이죠.

그 시절의 저도 아마 알고 있었을 거예요. 지금 당장 1시간을 더 공부하는 것보다 1시간을 더 자는 것이 효율적이고, 시끄러운 점심시간에 집중도 안 되는 공부를 붙잡고 있는 것보다 상쾌한 공기를 마시면서 학교 주변을 산책하는 오히려 나은 선택이었다는 걸요. 그럼에도 저는 자꾸 다른 사람들에게 비춰지는 모습을 의식하며 ‘남들의 시선’이라는 포장지로 저를 포장했고, 포장된 모습이 보기 좋아서 그 속의 진짜 선물인 저는 어떻게 되어가는지는 알면서도 모른 척했어요. 결국 자신에게 솔직하지 못했던 거죠.

하지만 지금 돌이켜보면 포장지는 중요하지 않더라고요. 선물을 받았을 때 예쁘게 포장되어 있다면 보기도 좋고 기분도 좋을 거예요. 그렇지만 그 속의 진짜 선물이 마음에 들지 않는다면 포장지는 결국 아무런 의미가 없겠죠. 그럼 좋은 선물이 되기 이전에 진짜 선물, 즉 나 자신을 마주하기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 바로 자신에게 질문을 많이 해주어야 합니다! ‘지금 나에게 필요한 건 뭐지?’, ‘난 지금 어떤 공부가 부족하지?’ 등의 간단한 질문들에 솔직하게 답을 할 때마다 포장지가 한 겹씩 벗겨지면서 진짜 선물인 여러분이 드러날 거예요.

저도 솔직하지 못했던 그 시절의 저에게 자주 질문을 해주었어요. ‘지금 어려운 공부는 자꾸 미루고 있는 거 아니야?’처럼 사실은 알고 있지만 애써 모른 척하던 부분을 콕 짚어 질문을 하니까 저를 다시 한번 돌아보게 되더라고요. 공부를 오래 하는 모습을 보이고 싶다 보니 오래 해도 지치지 않을 쉬운 공부만을 위주로 해왔다는 것을 깨닫게 되었어요. 그리고 또 질문했죠. ‘그럼 지금 당장 내가 부족한 공부는 뭐지?’, ‘이 부분 개념은 완벽히 숙지했나?’. 이런 질문들에 솔직하게 답하면서 ‘나’에 대해 알아갈수록 다른 사람의 시선은 중요하지 않아졌어요. 주변 사람들보다 내가 훨씬 정확하게 나를 알아봐 주고, 믿어줄 수 있다는 걸 알게 되었기 때문이에요.

이 글을 읽는 친구들도 스스로 솔직해지는 것이 정말 중요해요. 그렇지만 지금까지 솔직하지 못했더라도 저처럼 자신에게 질문을 던지면서 솔직해지는 법을 익힌다면 앞으로 있을 순간 순간의 솔직함을 지킬 수 있으니 너무 걱정 말아요! 지금 당장 내가 느리고 더딘 것처럼 남들에게 보여지더라도, 그리고 가끔은 그런 시선들로 인해 스스로가 작게 느껴지더라도, 여러분의 내면은 천천히 단단해지고 있을 거예요. 마지막으로, 어떤 포장지로 포장을 하던 그 속의 진짜 선물인 여러분은 여러분 자체로 가장 빛난다는 사실을 기억해 주길 바라며 예비 포스테키안 모두의 반짝반짝한 미래를 응원합니다!


ALIMI 27기 무은재학부 황예원

궁금한 점이 있다면 언제든지 질문해 주세요!

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[2022 봄호] 1-목표는 가깝게, 꿈은 크게

  • 김도영
  • 2022-07-01 07:03:26

2022 SPRING 알스토리

목표는 가깝게, 꿈은 크게

기나긴 겨울이 지나고 어느덧 따스한 봄이 왔네요. 봄은 우리를 들뜨게 하는 계절인 것 같아요. 우리가 가는 길 앞에는 무엇이 있을지 알 수 없지만, 그 알 수 없음이 우리를 더 설레게 만들죠. 여러분들은 새로운 한 해를 잘 시작하셨나요? 더 나아가, 후회 없는 학교 생활을 보내고 계시나요? 이번 알스토리에서는 저의 경험을 바탕으로 한 목표와 꿈, 그리고 인생 이야기를 들려드리고자 합니다.

# 소소한 목표 세우기

고등학교 때 저는 공부를 열심히 하면 좋은 대학교에 갈 수 있으리라 생각하던 학생이었어요. 그래서 ‘공부’를 힘들지만 해야 하는 일 중 하나로 보았고, 이렇게 힘든 일로만 생각하다 보니 갈수록 공부에 손을 놓게 되었어요. 계획 없는 삶을 살았던 것이죠. 마침내 성적이 나오는 날, 난생처음 보는 숫자들과 마주하게 되었고, 충격을 받은 저는 생활 패턴을 바꾸어보기로 했어요. 공교롭게도 그 시기에 학교에서 전교생에게 플래너를 나눠주었는데, 저는 이것을 기회라 생각하고 플래너를 이용해서 매일매일 알찬 삶을 살아가 보기로 다짐했습니다. 하지만, 제 계획은 생각만큼 잘 풀리지 않았어요. 플래너에 있는 모든 일들을 해결하지도 못한 채 하루를 마무리하는 일이 자꾸 발생했어요. 점차 스트레스도 쌓여 갔죠. 하루는 우연히 친구가 같은 플래너를 들고 다니는 것을 봤어요. 친구의 플래너를 열어보았을 때, 놀랍게도 그곳에서 해결책을 찾을 수 있었습니다. 특이하게도 친구의 플래너는 곳곳이 비어있었는데, 이를 보고 무조건 많은 일을 하는 것만이 정답은 아니라는 사실을 깨달았습니다. 그러고는 목표를 계획하는 방식을 바꾸어보았죠. 우선 할 일을 무리할 정도로 많이 계획하지 않고, 반드시 해야 할 일들의 경우 예상 시간을 고려하여 그것보다 넉넉하게 일정을 잡아서 하루를 계획해나갔어요. 예를 들어 예상 소요 시간이 3시간인 과제가 있었다면, 넉넉하게 5시간을 부여하고 다른 일정들도 비슷한 방식으로 계획했죠. 막상 보기에는 큰 차이가 없어 보였지만, 저에게는 굉장히 많은 변화가 생겼습니다. 우선 시간이 넉넉하다 보니 일을 하는 과정에 있어서 여유를 가지고 할 수 있었어요. 심리적으로 여유를 가지니 계획했던 일들도 더 수월하게 해결할 수 있었고, 세워두었던 목표들을 차근차근 이루어나가면서 성취감도 얻었죠. 이렇게 즐겁게 목표를 향해 달려가니까 결과적으로 하루도 잘 마무리할 수 있었어요.

# 꿈으로의 전진

이런 과정을 겪으면서 느꼈던 점은, 목표를 최대한 나와 가까이해야 한다는 것이었어요. 터무니없이 먼 목표는 오히려 저를 무기력하고 지치게 만들었기 때문이죠. 하지만 모순되게도, 저는 머나먼 목표를 세우는 것 역시도 반드시 필요하다고 생각해요. 우리가 계속 가까운 목표만을 좇다 보면, 궁극적으로 무엇을 해야 하는지 혼란이 올 수도 있거든요. 저는 머나먼 목표를 세우는 것의 연장선이 곧 꿈을 가지는 것이라고 생각해요. 우리가 꿈을 가지게 된다면, 중간중간 힘든 과정에서도 다시 일어날 수 있는 원동력을 얻을 수 있고, 계속해서 앞으로 나아갈 수 있답니다. 저 역시도 고등학교 3학년 시절에 대학을 목표로 플래너를 이용하며 공부를 해나갔었는데, 막상 대학에 합격하고 나니 이제 무엇을 해야 하는지 감이 잡히지 않더라구요. 그래서 이후 저는 제 꿈에 대해서 고민해 보았고, 기쁘게도 지금은 응용 수학, 금융 수학 분야에 기여하며 사회에 긍정적인 영향을 끼치고 싶다는 꿈을 가지고 열정적으로 대학 생활을 해나가고 있답니다. 이 글의 제목인 ‘목표는 가깝게, 꿈은 크게’는 제가 하고 싶었던 모든 말들을 내포하고 있어요. 가까운 목표와 큰 꿈은 서로 부족한 부분을 충족시켜주며 우리가 삶을 즐길 수 있도록 도와준답니다. 여러분들은 어떤 목표와 꿈을 가지고 있나요? 딱히 생각해 보지 않았다면, 지금이라도 늦지 않았으니 꼭 고민해 보는 것을 추천해요. 그리고 그 꿈을 위해, 소소한 목표들을 이루어 나가며 조금씩 앞으로 나아가는 거예요. 이 글을 읽는 모든 포스테키안 구독자분들이 자신만의 꿈을 이루어 나갈 수 있기를, 제가 항상 응원하겠습니다!


ALIMI 27기 무은재학부 김도영

포스텍이나 진로 관련 질문들 환영해요 :)

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[2022 봄호] 2-전기영동법

  • 신유빈
  • 2022-07-01 07:01:01

2022 SPRING 지식더하기 2

전기영동법

Electrophoresis

과학 실험에 관심이 있다면 한 번쯤 전기영동 실험을 해봤거나, 들어본 적이 있을 것입니다.
전기영동법Electrophoresis 이란 전기장을 이용하여 고분자를 모양, 크기, 질량 등에 따라 분리하는 방법이라고 할 수 있습니다.
부력은 유체와 관련된 다양한 힘과 운동 등 물리의 역학 관계의 많은 내용과 연관되어 있습니다.
부력의 원리와 유체의 연속 방정식까지 함께 알아볼까요?

겔 전기영동법의 원리

가장 먼저, 어떤 원리로 DNA나 단백질이 전기장 속에서 이동할 수 있는지 알아보겠습니다. DNA의 경우에는 인산기를 가지기 때문에 음전하를 띠므로, 인력에 의해 양극(+) 방향으로 끌려가게 됩니다. 단백질의 경우 여러 전하를 띨 수 있지만, 전기영동 시에는 SDSSodium Dodecyl Sulfate 라는 물질을 처리하여 단백질이 그 분자량에 비례하여 음전하를 띠도록 합니다. 이러한 이유로 DNA와 단백질이 음극에서 양극 방향으로 이동하게 되는 것입니다. 다음으로는 어떻게 전기영동법을 통해 물질이 분리되는지 살펴보겠습니다. 전기영동법에는 여러 종류가 있지만, 가장 널리 쓰이는 것은 바로 겔 전기영동법Gel Electrophoresis 입니다. 겔은 미세한 구멍이 많은 구조를 가지기 때문에, 분자가 구멍을 통과하며 이동 속도에 따라 분리됩니다. 전기장에서 전하를 가지는 물질이 겔을 통과하는 속도는 v= (v : 이동속도, q : 전하량, E : 전기장의 크기, f : 마찰 계수)로 나타낼 수 있습니다. 이때, 전기장의 크기(E)는 일정하므로 겔에서 분자의 이동 속도는 에 비례하게 됩니다. 즉, 전하가 크고 마찰력이 작을수록 빨리 이동하는 것이죠. 여기서 마찰계수인 f는 분자의 크기나 모양, 겔의 구멍 크기나 점도Viscosity 등의 영향을 받습니다.



전기영동 실험 시 겔에 빗 모양의 Comb 을 꽂아 Well 이라는 일련의 구멍을 만들고, 각 웰에 실험 하고자 하는 시료를 넣은 후 전기장을 걸어주는 방식을 사용하는데요. 이 경우 같은 겔을 사용하므로 시료 속 분자의 크기와 모양이 모두 같은 경우에는 분자량에 따라 분자들이 분리됩니다. 그리고 이는 앞선 공식에서 마찰 계수( f )에 해당하는 요인이 됩니다. 따라서, 가볍고 마찰 계수가 작은 분자는 상대적으로 빨리 이동하여 양극(+)에 가깝게 멀리 이동한 것을 관찰할 수 있고, 무거운 분자는 멀리 이동하지 못하여 음극(-)에 가깝게 위치하는 것을 관찰할 수 있습니다.

겔 전기영동법의 종류

겔 전기영동법은 사용되는 겔에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 아가로스 겔Agarose Gel폴리아크릴아마이드 겔Polyacrylamide Gel 이 그것인데, 폴리아크릴아마이드 겔을 사용하는 방법을 간단하게 PAGEPolyacrylamide Gel Electrophoresis 라고 줄여부르기도 합니다. 아가로스 겔은 폴리아크릴아마이드 겔에 비해 큰 구멍을 가져 큰 크기의 DNA를 분리하는 데 주로 사용되고, 폴리아크릴아마이드겔은 단백질이나 작은 크기의 DNA를 분리하는 데 주로 사용됩니다. 아가로스나 폴리아크릴아마이드의 농도에 따라 분리할 수 있는 분자 크기의 범위를 조절할 수도 있습니다.

입체 구조를 가지는 단백질의 경우, 그 모양 때문에 분자의 크기에 따라 분리하기가 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 사용하는 것이 바로 SDS PAGE인데요. 앞서 언급하였듯 SDS는 단백질이 본래 가지고 있는 전하를 제거하고 음전하를 띠도록 합니다. 또한 단백질의 입체 구조를 풀어 선형으로 만들고, 일정 개수의 아미노산에 일정한 SDS 분자가 결합함으로써 단백질의 전하량이 분자량에 대체로 비례하도록 만듭니다. 이 방법을 통해 다양한 전하와 모양을 가지는 단백질을 효과적으로 분리할 수 있게 되었습니다.


여기까지 전기영동법에 대해 알아보았는데요. 전기영동법은 생명과학, 또는 화학 관련 실험에 필수적인 실험 기술입니다. 이 글이 흥미로웠다면 함께 자주 수행되는 PCRPolymerase Chain Reaction 의 원리나 전기영동법의 다른 종류에 대해서도 조사해 보는 것은 어떨까요?


[1] 박창호, 「전기영동 (가용성 생성물의 회수 및 정제11)」, 『생물분리공정』, 2020.8.3.
https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/e200803/e200803-1401.pdf 
[2] 김동욱, 「전기영동」, 『미생물학백과』, 2020.10.30.
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5894293&cid=61232&categoryId=61232 
[3] Al-Tubuly A.A., 「SDS-PAGE and Western Blotting」, 『Diagnostic and Therapeutic Antibodies: Methods in Molecular Medicine, vol 40』, 2000.
  https://doi.org/10.1385/1-59259-076-4:391


ALIMI 26기 생명과학과 신유빈

궁금한 점 있으면 언제든 연락 주시고, 나중에 포스텍에서 만나요!

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[2022 봄호] 1-유체의 연속 방정식

  • 유현아
  • 2022-07-01 07:00:27

2022 SPRING 지식더하기 1

유체의 연속 방정식

Continuity Equation of Fluid

아르키메데스의 ‘유레카!’를 아시나요?
아르키메데스는 부력에 대한 원리를 발견했는데요.
부력은 유체와 관련된 다양한 힘과 운동 등 물리의 역학 관계의 많은 내용과 연관되어 있습니다.
부력의 원리와 유체의 연속 방정식까지 함께 알아볼까요?

부력과 힘

부력과 아르키메데스 원리에 대해서는 배운 적이 있겠지만, 다시 한번 짚고 넘어가 봅시다. 부력이란 유체에 잠긴 물체를 밀어 올리는 힘으로, 유체流體란 기체와 액체를 모두 포함합니다. 부력의 크기는 (실제 물체의 무게) – (유체에 잠긴 물체의 무게)이며, 부력은 물체에 작용하는 압력 차로 물체가 위쪽으로 상승하게 하는 합력 때문에 아래로 작용합니다.

그림1. 밀도가 다른 물체와 부력의 크기
곽성일, 『8차 고등학교 물리1 교과서 』, 천재교육, 2009

아르키메데스 원리란 유체에 잠긴 물체가 받는 부력의 크기가, 잠긴 부피만큼의 유체의 무게와 같다는 것입니다. 잠긴 만큼의 부피가 $V$, 유체의 밀도가 $\rho$ 면 부력의 크기는 $\rho Vg$이며 힘의 평형에 의해 물체에 작용하는 $F_{net}$는 0이어야 하므로, $mg =\rho Vg$가 됩니다. 따라서, 유체의 밀도와 잠긴 부피에만 영향을 받게 되는 것이죠. 위의 [그림 1]에서처럼, 밀도가 다른 3개의 물체는 무게가 각각 다르지만, 잠긴 부피와 유체의 밀도가 동일하기 때문에 부력의 크기는 같습니다. [그림1]에서는 이후에, 힘의 평형에 의해 돌은 가라앉고 나무는 떠오를 것을 예측할 수 있겠죠?
힘의 평형에 대한 원리로는 파스칼의 원리도 있습니다. 파스칼의 원리는 유체압력 전달원리Principle of Transmission of Fluid-Pressure라고도 불리는데요. 이 원리는 폐관의 비압축성 유체는 한쪽에 발생한 압력의 변화가 다른 부분에 동일하게 전달되어, 폐관의 양쪽 면적이 다를 경우 전달된 압력의 변화가 동일해도 힘에 차이가 있다는 것입니다. 여기서, 비압축성 유체는 압력을 가해도 부피가 변하지 않는 유체로, 물리 현상에도 밀도가 변하지 않는 유체입니다. 그림을 통해 수식으로 표현해 보면 각각 압력은 ${P_1} =\frac{F_1}{A_1}$, ${P_2} = \frac{F_2}{A_2}$이며 압력은 동일하기 때문에 $\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2} $, ${F_2} = {F_1} x \frac{A_2}{A_2}$이 되므로, 같은 압력 변화량에 대해 $A_2$ 를 키우면 더 큰 힘이 작용하는 것이죠.

그림2. 파스칼의 원리
https://www.britannica.com/science/Pascals-principle

유체에서의 연속 방정식

연속 방정식은 저번 호 지식더하기에서 다뤘던 편미분항을 포함한 미분방정식으로, 유체에서의 연속 방정식은 유체의 운동을 기술합니다. 질량 보존의 법칙에 의해 들어오는 유체와 나가는 유체의 양이 같다는 것을 수학적으로 표현합니다. 이 유체가 비점성이며 비압축성 유체이고, 유체가 1초에 흐르는 양이 균일한 정상 상태Steady State이며 입구와 출구가 각각 1개인 상황이라고 생각해 봅시다. 이때 들어오고 나가는 유체의 양을 단위 시간당 통과하는 유체 부피로 정의하는 체적 유량Volume Flow Rate은 면적과 유체의 속도의 곱인 $Av$로 표현됩니다. 밀도가 동일하므로 질량이 보존된다는 것은 단위 부피가 보존된다는 것이기 때문에 체적 유량이 동일한 ${A_1}{v_1} = {A_2}{v_2}$을 알 수 있습니다. 일반적인 연속 방정식 $\frac{\partial \phi}{\partial t}+\triangledown\cdot f = s$ 에서 $f$는 유량Flux을 뜻하며, 유체에서는 단위 시간 동안 이동한 유체의 부피를 의미합니다. 유체의 연속 방정식이므로, $\phi$는 물리량 중 밀도 $\rho$, $f$ 는 속도 $v$로 흐르는 유체의 양인 $\rho v$로 나타납니다. 질량 보존의 법칙에 의해 유체의 연속 방정식은 $\frac{\partial \rho}{\partial t}+\triangledown\cdot(\rho v) = 0 $으로 일정하다는 것을 알 수 있겠죠. 만약 밀도가 일정하지 않지만 정상 상태인 비압축성 유체 조건을 추가하면, 시간당 밀도의 변화량은 없고 체적 유량도 일정하기 때문에 $\frac{\partial \rho}{\partial t}= 0$, $\triangledown\cdot(\rho v) = 0$으로 각 항이 0임을 알 수 있지만 $\triangledown\cdot v = 0$인지는 이 조건에서 확실히 알 수 없는 것이죠.

그림3. 유체의 연속방정식
https://www.youphysics.education/continuity-equation/

지금까지 유체에 작용하는 힘과 유체의 운동까지 알아보았는데요. 더 나아가 공부해 보고 싶은 친구들은 유체의 에너지 보존을 기술하는 오일러 방정식과 베르누이 방정식, 실생활 속 마그누스 효과까지 찾아본다면, 더 흥미로운 내용을 알 수 있을 거예요!

[1] 「부력」, 『위키피디아』,
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B6%80%EB%A0%A5
[2] 「비압축성 유체」, 『사이언스몰 과학백과사전』,
https://www.scienceall.com/%eb%b9%84%ec%95%95%ec%b6%95%ec%84%b1-%ec%9c%a0%ec%b2%b4incompressible-fluid/
[3] 「연속 방정식」, 『위키피디아』,
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%B0%EC%86%8D_%EB%B0%A9%EC%A0%95%EC%8B%9D
[4] Deepakkumar Jani, 「체적 유량」, 『LamdaGeeks』,
https://ko.lambdageeks.com/volumetric-flow-rate-volume-flow-rate/


ALIMI 26기 전자전기공학과 유현아

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[2022 봄호] 4-컴퓨터공학과가 본 '황사 X 미세먼지'

  • 김나림
  • 2022-06-24 07:03:25

2022 SPRING 공대생이 보는 세상 4

컴퓨터공학과가 본 '황사 X 미세먼지'
Dept. of Computer Science and Engineering



아~ 진짜 이놈의 황사는 올 때마다 너무 힘든 것 같아…. 어? 저기 전광판을 보니까 미세먼지 농도가 $458 \mu g/{m^3}$으로 초미세먼지 주의보가 내려졌구나! 맞다, 너희들 그거 알아? 미세먼지 농도를 알아낼 때는 광산란법으로 농도를 측정한 뒤에, 다중 선형 회귀 모델을 사용해서 기계학습으로 보정해 준다고 해! 좀 더 자세히 알아볼까? 광산란법은 먼지의 개수와 크기를 측정하기 위해, 먼지의 부피를 측정해 무게를 추정하는 방법이야. 이 방법이 미세먼지를 측정할 때는 문제가 되지 않는데, 황사는 밀도가 굉장히 높고 초미세먼지 비율도 높아서 광산란법에서 많은 오류가 발생한다고 해. 이 오류를 바로 기계학습 방법 중 하나인 ‘선형 회귀 모델’을 이용해 해결할 수 있는 거지. 선형 회귀 모델은 이름에서도 알 수 있듯이 선형 방정식을 사용하는 방식이야. 임의의 선형 방정식을 예시로 들어 설명해 볼게.
$$ h = {a_0}{x_0} + {a_1}{x_1} + {a_2}{x_2} + {a_3}{x_3} + b $$
여기서 $h$는 우리가 구하고자 하는 종속변수인데, 광산란법에서는 우리가 구하고 싶은 보정된 초미세먼지 농도에 해당해. $x_n$꼴은 독립변수로, 광산란법에서 측정된 크기에 따른 여러 먼지의 농도가 되는 거야. 그리고 $a_n$꼴과 $b$는 독립변수에 곱해지는 상수에 해당하고, 바로 이 상수를 기계학습을 통해 알아내어 식에 적용하는 거지. 그렇다면 상수를 구하기 위한 기계학습은 어떻게 일어날까? 기계학습을 위해서는 위에서 언급한 독립변수, 즉 실시간으로 계속하여 바뀌는 먼지의 농도가 필요해. 그리고 이 독립변수를 올바르게 보정하기 위해 제대로 측정된 값인 참조데이터가 필요하지. 여기서 일어나는 기계학습은 쉽게 말해 위의 선형 방정식으로 계산한 값이 참조데이터와 근사하게 나오도록 상수를 계속하여 조정하는 과정이라고 이해하면 돼! 데이터는 황사가 있을 때와 황사가 없을 때 두 경우 모두를 데이터로 가지고 있는데, 황사가 아닌 경우에는 이 선형 회귀 모델을 실행시키면 안 되기 때문에 따로 필터링이라는 과정을 거쳐.
이렇게 보니 기계학습이라는 방법은 정말 많은 곳에서 다양하게 쓰이고 있는 것 같아. 놀라운 점은 이런 기계학습은 우리에게 친근한 파이썬과 같은 프로그래밍 언어를 사용하여 진행한다고 해.
나도 일상생활에 있는 여러 문제를 기계학습으로 해결해 봐야겠다!
지금까지 컴퓨터공학과가 본 '황사 X 미세먼지'였어. 다른 학과는 어땠는지 기억나니?
[PREVIOUS] 1- 신소재공학과가 본 '황사 X 미세먼지'

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[2022 봄호] 3-전자전기공학과가 본 '황사 X 미세먼지'

  • 강아림
  • 2022-06-24 07:02:36

2022 SPRING 공대생이 보는 세상 3

전자전기공학과가 본 '황사 X 미세먼지'
Dept. of Electrical Engineering



콜록! 콜록! 봄이 오면 황사와 미세먼지 때문에 건강에 주의해야 하듯이 반도체 공정에도 각별한 주의가 필요해. 반도체 공정의 경우 극소량의 오염물질만으로도 불량품이 생겨나는데, 황사와 미세먼지가 발생하면 공정 과정에서 불량품이 생겨날 확률이 매우 높아지게 돼. 그래서 오염물질을 배출하고 깨끗한 공기만을 유입하는 반도체 공정을 위한 최적의 공간이 있어. 바로 클린룸 Cleanroom이야. 클린룸의 청정도를 나타내는 단위는 $CLASS$로, $1{ft}^3$ 내에 $0.5μm$ 크기의 오염물질의 입자 수로 결정돼. 클린룸은 사용 목적이나 반도체 종류에 따라 청정도 조건이 매우 다른데, 보통 반도체 웨이퍼 공정을 위한 클린룸은 CLASS 10~100 정도로 유지해. 도대체 클린룸은 어떻게 오염물질들을 배출하여 깨끗한 공간을 유지할 수 있을까?

그림1. 반도체 공정 클린룸 구조

대표적인 반도체 공정 클린룸의 구조는 FABFabrication Facility, RPReturn Plenum, SPSupply Plenum 총 3개의 층으로 이루어져 있어. 먼저, FAB 층은 반도체 공정이 진행되는 층이야. FAB 층에 존재하는 공기는 바닥의 그래이팅Grating이라는 패널을 통해 RP 층으로 향하고, 통로를 지나 FAB 위의 SP 층으로 이동해. SP 층에 있는 수많은 FFUFan Filter Unit가 내부 공기에 존재하는 오염물질을 걸러낸 후 다시 FAB 층으로 보내는 거야.
이러한 순환 과정에서 공정에 영향을 주는 온도, 습도, 압력 등을 조절하고 FFU를 통해 일정한 기류를 만들어 FAB 층에서 최적의 환경 조건을 유지할 수 있어. 클린룸은 반도체 공정 이외에도 다양한 분야에서 필수적인 기술인데, 디스플레이, 배터리와 같은 초정밀 공정에서는 ‘산업용 클린룸’이, 제약, 식품 등의 연구소에서는 ‘바이오 클린룸’이 사용돼. 나날이 성능이 올라가는 클린룸 덕분에 황사나 미세먼지가 몰려와도 공정을 막힘없이 진행할 수 있는 거지.
그럼 우리도 황사나 미세먼지를 피하려고 클린룸에 숨어도 되냐고? 안돼, 그건 위험해! 클린룸은 공정이나 연구에 최적화된 공간이라, 사람이 견디기엔 적합한 습도와 압력이 아닌 위험한 공간이니까 조심하자!
지금까지 전자전기공학과가 본 '황사 X 미세먼지'였어. 다른 학과는 어떻게 봤을 지 궁금하지 않니?
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[2022 봄호] 2-화학공학과가 본 '황사 X 미세먼지'

  • 문준혁
  • 2022-06-24 07:01:21

2022 SPRING 공대생이 보는 세상 2

화학공학과가 본 '황사 X 미세먼지'
Dept. of Chemical Engineering



어휴, 하늘 뿌연 것 좀 봐! 오늘 미세먼지 농도가 ‘나쁨’ 수준이라고 하네. 괜히 숨쉬기 힘든 것 같고 그렇다니까. 그런데 눈에 보이지도 않는 미세먼지의 농도는 대체 어떻게 측정하는 걸까? 미세먼지 농도 측정 방법에는 수동 측정법과 자동 측정법이 있는데, 자동 측정법 중에서도 빛의 물리적 특성을 이용해서 미세먼지 농도를 간접적으로 측정할 수 있는 베타선 흡수법$\beta$-Ray Absorption Method광산란법Light Scattering Method에 대해 알려줄게! 먼저, 베타선 흡수법은 광원으로부터 조사된 베타선이 먼지가 포집된 필터 위를 투과할 때, 먼지를 투과하면서 흡수되거나 소멸하는 베타선의 상대적인 세기를 측정하여 미세먼지의 농도를 측 정하는 방법이야. 아래 두 식을 통해 미세먼지 농도를 최종적으로 구할 수 있어.
I = I 0 × e x p ( μ X ) C ( μ g / m 3 ) = S μ Q t l n ( I I 0 )
첫 번째 식에서 $I$는 필터 투과 후, $I_0$는 필터 투과 전 베타선의 세기를 뜻해. 그리고 $\mu$ 와 $X$는 각각 베타선 질량 흡수 소멸 계수, 단위 면적당 채취된 먼지의 질량을 의미하지. 이렇게 구한 I를 두 번째 식에 대입하면 최종 미세먼지 농도 $C$를 구할 수 있어. 이때 $S$는 필터의 면적, $Q$는 흡입된 공기량, $\triangle t$ 는 채취 시간이야. 베타선 흡수법은 대기 중 미세먼지를 먼저 채취해야 하므로 실시간 측정이 어렵지만, 높은 정확도를 자랑하기 때문에 미세먼지 표준 측정 방법으로 사용되고 있어. 다음은 광산란법이야. 어떤 입자에 빛을 조사하면 입자에 의해 빛이 산란하는데, 대기 중에 떠다니는 미세먼지 입자와 물리적 성질이 같은 입자의 빛을 조사하면 산란하는 빛의 양이 입자의 질량 농도에 비례한다는 원리를 이용한 방법이야. 산란한 빛을 모아 전기적 신호를 이용해 미세먼지 농도를 측정하는 거지. 광산란법은 베타선 흡수법보다 오차율이 높지만, 실시간 측정이 가능하다는 장점이 있어. 이런 기술들 덕에 우리가 쉽게 미세먼지 농도를 확인할 수 있는 거야
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[2022 봄호] 1-신소재공학과가 본 '황사 X 미세먼지'

  • 남현동
  • 2022-06-24 07:00:24

2022 SPRING 공대생이 보는 세상 1

신소재공학과가 본 '황사 X 미세먼지'
Dept. of Materials Science and Engineering



와… 오늘 하늘 진짜 뿌옇다…. 이대로 밖에 나간다면 마음 편히 숨을 쉬지 못할 거야! 그래, 이 마스크를 쓰면 괜찮겠다! 어떤 마스크인지 내가 알려줄게~ 코로나19로 인해 마스크 사용량이 급증하면서 썩지 않는 마스크로 인한 환경 오염에 관해 관심이 높아지고 있어. 이 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 바로 생분해 마스크 필터야! 만드는 방법은 다음과 같아. 흔히 생분해 플라스틱으로 잘 알려진 폴리부틸렌 숙시네이트PBS, Polybutylene Succinate를 나노 단위와 마이크로 단위의 섬유로 만들어서 이를 빽빽하게 교차시켜. 이렇게 만든 부직포 형태의 필터는 체에 거르는 방식으로, 그 사이 공간을 지나가는 바이러스나 미세먼지를 통과하지 못하게 해. 또한, 기존의 마스크 필터가 오직 나노섬유만을 사용하여서 숨쉬기가 힘들다는 점을 보완하기 위해, 나노섬유에 마이크로 단위의 섬유를 교차해서 마스크 자체의 통기성을 높였어. 마스크 착용 전과 착용 후의 호흡 압력 차를 측정하는 실험을 했더니, 매우 낮은 59Pa로 측정되는 결과를 보였대. 정말 신기하지 않아? 그런 후, 이 필터에 게 껍데기에서 추출한 키토산 나노위스커라는 물질로 코팅하는 공정을 거쳐. 키토산 나노위스커는 영구적으로 양전하를 띠는데, 대부분의 바이러스나 미세먼지와 같은PMParticulate Matter, 입자상 물질은 음전하를 띠기 때문에 필터의 작은 구멍 사이에 PM을 포집하는 데 도움을 줘. 심지어 기존 마스크 필터가 정전기 방식을 사용했기에 습기와 수분에 치명적이었던 것과는 다르게, 침과 입김 같은 수분에도 전하는 영구적이기 때문에 훨씬 효율적이야. 이렇게 만들어진 생분해 마스크 필터는 미세입자를 95% 차단해 주는 N95 마스크의 성능과 유사해지지. 마지막으로 쓰레기 분해 테스트를 해 본 결과 퇴비화 토양에서 28일 이내에 생분해되는 것으로 나타나서 기존의 마스크에 비해서 매우 친환경적이야!
자, 이제 나는 이 필터가 들어간 마스크를 쓰고 외출하고 올게. 안녕~
지금까지 신소재공학과가 본 '황사 X 미세먼지'였어. 다른 학과는 어떻게 봤을 지 궁금하지 않니?
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ALIMI 27기 무은재학부 남현동

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[2022 봄호] 양자 물리학에 빠지다

  • POSTECHIAN
  • 2022-06-17 07:00:45

2022 SPRING 포스텍에세이

양자 물리학에 빠지다
Falling in Love with Quantum Physics

고등학생들을 위한 글을 쓰는 이 소중한 기회를 연구 분야에 대한 전문 지식을 소개하는 데보다는 물리학 연구자로 성장하면서 고민했던 것들을 공유하는 데 쓰고 싶다. 어떤 진로를 택하든, 여러분의 순수한 열정과 동경이 남들의 고정 관념에 의해 쉽게 좌절되거나 무시되지 않았으면 한다. 힘들고 어려운 지점이 조금씩 달라서 그렇지 어차피 모든 직업은 비슷한 정도로 힘든 것 같다. 어떤 진로를 택해도 비슷하게 힘들 거라면 기왕이면 본인의 순수한 열정이 조금이나마 보전될 수 있는 그런 의미 있는 삶을 택해 살길 바란다. 그래야 좀 더 행복하고 의미 있는 삶을 살 수 있을 것이라 믿는다.
물리학과 이길호 교수님

진로에 대한 고민

고등학생들을 위한 글을 쓰는 이 소중한 기회를 연구 분야에 대한 전문 지식을 소개하는 데보다는 물리학 연구자로 성장하면서 고민했던 것들을 공유하는 데 쓰고 싶다.
돌이켜보면 20년 전 고등학생 때 이런 고민을 했었다. ‘간단한 수식으로 세상을 설명하는 물리학 공부가 매력적이긴 하지만 그건 그거고, 그런 흥미 혹은 동경만으로 물리학과로 진학해도 되는 걸까? 물리 경시대회를 준비하는 친구들은 모두 천재 같아 보이고 성적도 최상급인데, 나 같은 평범한 사람도 물리학 전공을 할 수 있을까? 입학한다 쳐도 그런 쟁쟁한 동기들과 경쟁해서 좋은 학점을 받을 수 있을까?’ 소수정예 교육, 전원 기숙 생활로 학업에 집중할 수 있는 환경 등의 이점을 가진 포스텍으로 진학하겠다는 것은 수월하게 정했었지만, 학과 선택에서는 고민이 많았다. 20년이 지난 지금, 물리학과 교수로서 1학년 무은재학부생들과 진로 상담을 해보면 학생들이 고등학생 시절 나와 비슷한 고민을 한다는 것을 느낀다. 그래서 더욱 학생들의 고민이 공감되고 어떻게든 도와주고 싶은 마음이 든다.
당시 나는 경시대회 성적이 잘 나오던 화학과로 진학했다. 고민은 복잡했지만, 결정 이유는 간단했다. 성적이 잘 나오는 과목에 흥미와 자신감이 더 붙기 마련이기 때문이다. 화학과 학부에서는 양자 역학으로 시작하여, 원자가 합쳐진 분자에 대해, 그 분자들 간의 반응에 대해, 또 분자의 집합체인 고분자에 대해, 더 나아가 생물체를 이루는 생고분자까지 배웠는데, 다루는 대상의 범위가 자연스럽게 넓어지는 아주 매력적인 학문이었다. 하지만 ‘애초에 물질들이 왜 그렇게 행동하는가’에 대한 근본적인 질문이 항상 남아 있었고, 그런 질문에 대한 답을 알아야 어떤 대상이든 잘 이해할 수 있을 것이라 생각했다. 해답은 물질을 이루는 원자를 속속들이 이해해야 찾을 수 있을 것 같다는 느낌이 들었고, 그렇게 물리학을 복수전공으로 선택했다.
사람에게 주어진 시간은 유한해서, 넓고 깊이 배우는 것은 불가능하다. 넓이와 깊이 중 어디에 더 비중을 둘 것인가는 개인의 ‘취향’인 것인데, 이런 취향 혹은 성향이 학과를 결정하는데 중요한 요소가 되는 것 같다. 의외로 어려운 단계는 본인의 취향을 아는 것이다. 특히 입시 중심의 교육 환경에서는 내가 어떤 성향의 사람인지 자기 자신에 대해 돌아보고 생각해 볼 수 있는 여유가 없는 것 같다. 나도 그랬고, 학부 중반에 들어서서야 물리학에 관한 본격적인 공부를 시작하게 되었다. 잠깐 학교 홍보를 하자면, 포스텍의 무은재학부 제도를 이런 진로 탐구에 대한 진지한 고민의 시간을 갖는 데 활용할 수 있으면 한다.

이길호 교수님께서 하시는 연구가 궁금하다면?
Quantum Nano-electronics Lab 알아보기

양자 소자라는 연구 분야

자연의 근본 원리를 이해하기 위해 물리학 공부를 시작했는데, 여러 과목 중 단연 양자 역학이 그 욕구를 잘 충족시켜주었다. 근본 원리로 파고들면 들수록 일상생활에서의 상식으로는 도저히 이해할 수 없는, 예를 들면 고양이가 살아있으면서 죽어 있는 상태인 양자 중첩 상태가 가능하다든지, 입자가 벽을 뚫고 지나가는 양자 터널링이 일어난다든지 하는 것들을 배웠다. 수업 시간에 배운 대로 착실히 슈뢰딩거 방정식을 풀면 나쁘지 않은 성적을 받는 데는 별 무리가 없었지만, 이런 직관에 반하는 양자 현상들이 정말로 일어나는 것인지 내 두 눈으로 확인하지 않는 한 받아들일 수 없었다. 그때쯤 잊고 있었던 나의 ‘로망’이 기억났다. 지금은 훨씬 유명해졌지만, 고등학생 때 나의 마음을 사로잡았던 ‘양자 컴퓨터’란 아이디어다. 양자 역학이라는 최신 물리학 개념을 이용한 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 지수적Exponentially으로 빠를 수 있다는 글을 읽었을 때 받았던 충격과 흥분은 아직도 생생하다. 이것이야말로 현 인류의 순수 학문과 응용 학문 결합의 결정체가 아닐까 하는 생각을 했던 것 같다. 아직 그 생각엔 변함이 없다.


마침물리학과 이후종 교수님께서 초전도 기반 양자 컴퓨터의 가장 기본 단위인 조셉슨 접합Josephson Junction에 관해 세계적인 연구를 하신다는 것을 알게 되어 연구 참여를 시작하게 되었는데, 이를 계기로 지금까지도 초전도 양자 소자의 양자 전도 실험 연구를 하고 있다. 이쪽 연구의 길로 들어선 큰 동기는 양자 컴퓨터였으나, 지금은 ‘양자 역학에 기반을 둔 소자Device의 근본 원리를 이해하고 더 나아가 유용한 장치를 만드는 연구’를 하고 있다. 그래서 양자역학적 성질을 내포하고 있는 물질인 양자 물질을 사용하여 소자를 만들고 있다. 예를 들면, 원자층 하나의 두께의 흑연을 그래핀Graphene이라고 하는데, 이 물질 안에 돌아다니는 전자는 마치 질량이 없는 상대론적 양자 입자처럼 행동하며 디랙 방정식Dirac Equation을 따른다. 이를 이용하면 입자를 빛의 속도 근처로 가속해야만 나타나는 입자물리 영역의 상대론적 양자 역학을, 그래핀의 전류와 전압을 측정함으로써 비교적 손쉽게 연구할 수 있다. 여기에더해 고체 물질의 장점은 유용한 나노 소자로 만들어 응용하는 연구도 가능하다는 것이다. 최근에는 그래핀에 초전도체를 붙인 나노 소자를 이용해 아주 민감한 마이크로파 센서나 적외선 센서를 구현했는데, 그래핀의 특이한 전자 성질을 이용하여 가능했다. 그래핀뿐만 아니라 수학의 위상이라는 개념이 물질의 전자 구조에 적용된 위상 물질Topological Material 같은 아주 흥미로운 물질도 있으나, 너무 어려운 개념이므로 자세한 설명은 하지 않도록 하겠다.


연구자의 길

물리학 연구를 하기 위해 복수전공을 하기로 하고 학부 시절에 연구 참여도 활발히 했기에 대학원을 진학하는 데는 망설임이 없었다. 박사 과정이 쉽진 않았지만, 내 두 눈으로 양자 현상을 직접 보리라는 동기로 충분히 만족스러운 대학원 시절을 보냈고 나름 논문도 많이 쓰며 다양한 연구 경험도 갖추었다. 하지만, 대학원 졸업이 다가올 때쯤 진로 고민이 생겼다. 6년 반 동안의 대학원 생활을 돌이켜보면 연구란 것이 열심히만 한다고 그 노력에 정비례하는 보상이 따라오는 게 아니라는 것을 느꼈기 때문이다. 연구를 직업으로 선택한다면 노력에 대한 보상이 언제나 보장되지는 않을 것 같았다. 그래도, ‘어차피 한번 사는 인생인데 먹고 살 수만 있다면 하고 싶은 것을 해보자’라는 생각에 박사 후 연구원Ph.D의 길을 걸었다. 역시나 쉽지 않은 해외에서의 연구자 생활이었지만, 나 스스로 선택한 길인 만큼 후회는 없었다. 선택의 기로에 선 학생들에게 조언을 감히 하자면, 후회 없는 좋은 선택을 하는 유일한 방법은 자신의 길을 스스로 선택하고 그 선택에 대한 책임을 질 각오를 하는 것이라 생각한다. 아무튼, 지금은 비슷한 열정을 가진 연구실원들과 함께 연구실을 꾸려나가고 있다.

꼭 대학교수가 아니라도 대학 연구소, 국책 연구소, 기업 연구소 등 연구를 직업으로 지낼 수 있는 연구자의 길은 아주 많으며 또 각자의 역할이 있다. 또, 꼭 연구자가 아니더라도 학문에 대한 열정을 간직하며 의미 있는 일을 할 수 있는 길은 많다고 생각한다. 그러니 어떤 진로를 택하든, 여러분의 순수한 열정과 동경이 남들의 고정 관념에 의해 쉽게 좌절되거나 무시되지 않았으면 한다. 힘들고 어려운 지점이 조금씩 달라서 그렇지 어차피 모든 직업은 비슷한 정도로 힘든 것 같다. 어떤 진로를 택해도 비슷하게 힘들 거라면 기왕이면 본인의 순수한 열정이 조금이나마 보전될 수 있는 그런 의미 있는 삶을 택해 살길 바란다. 그래야 좀 더 행복하고 의미 있는 삶을 살 수 있을 것이라 믿는다.

ALIMI 기 POSTECHIAN

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