기본 콘텐츠로 건너뛰기

학생을 위한 계산 프로그램 - Microsoft Mathematics



 윈도우에는 기본적으로 계산기가 있으며 엑셀을 이용해서도 수식을 입력하고 계산하게 만들 수 있습니다. 이외에도 상당히 전문적인 연산 프로그램인 Matlab 이나 Mathematica 등이 존재하는데 중고등학생이나 입문자가 사용하기에는 상당히 복잡하고 고가인 프로그램입니다. 무료로 비교적 간단하게 사용할 수 있으면서 공식을 저장하거나 계산 값을 저장할 수 있고 계산에 대한 검토를 할 수 있는 프로그램으로 MS 의 mathematics 가 존재합니다. 현재 4.0 버전이 나와있고 아래에서 받을 수 있습니다. 참고로 한글을 지원합니다. 







XP 에서 윈도우 7 까지 지원하는데 윈도우 8 에서도 문제 없이 작동합니다. 단 설치시에는 x86 버전과 x64 버전의 두개가 있으니 OS 버전 (32/64 비트) 에 맞춰 설치하시기 바랍니다. 





 파일을 받은 후 설치는 매우 간단하며 완전 무료에 광고도 없습니다. 









 처음 실행하면 위의 화면이 나오는데 다소 기능이 간단하다는 것을 알 수 있을 것입니다. 다만 윈도우 기본 계산기에 비해서는 상당히 다양한 기능을 제공합니다. 계산한 내용은 워크시트에 표시되며 이전에 쓴 내용도 여기에 기록됩니다. 좌측에 있는 바에 있는 단축키를 이용해서 입력하면 되는데 곱하기는 *, 표시를 제곱의 경우는 숫자키 6 + shift 키를 눌러 ^ 를 표시해주면 됩니다. 단 제곱을 표시할 때는 한번 스페이스바를 눌러 주면 위의 첨자로 표시됩니다. 간단한 공식이나 도구를 메뉴에서 이용할 수도 있습니다. 





 이제 간단히 계산을 해보기로 합니다. 계산은 케플러의 제 3 법칙을 이용해 소행성의 질량을 구하는 것입니다. 일단 케플러의 제 3 법칙은 위키에서 빌려 오겠습니다. 이 법칙에 의하면 결국 공전 주기와 공전 거리를 알게 되면 그 천체의 질량을 구할 수 있습니다.  


(Source : wiki ) 

 사실 4π^2/T^2 = GM/R^3  (T 는 공전 주기, G 는 중력 상수, M 은 질량, R 은 거리) 로 나타낼 수 있습니다. 이제 입력을 해봅시다. 단 입력시에는 숫자의 단위에 주의하며 단위값도 꼭 써줘야 합니다. 우리가 구하려는 것은 바로 앞서 본 소행성 1998 QE2 로 ( http://blog.naver.com/jjy0501/100189654534 참고 )작은 위성이 32 시간을 주기로 공전하고 있으며 거리는 소행성 중심에서 최고 6.4 km 라고 합니다. 그러면 중력 상수를 근사값인 6.673 X 10^−11 m^3 kg^−1 s^−2 로 입력해서 




 로 입력하니 대략 1.1 X 10 ^ 13 kg 이 나옵니다. 즉 110 억톤 정도라는 것인데 M+m 으로 위성과 소행성의 질량입니다. 이 소행성의 지름이 2.75 - 3 km 이니까 그 부피는 대략 11 - 14 입방 제곱 킬로미터 수준으로 밀도는 물보다 낮습니다. 물론 위성까지 포함 질량이므로 소행성의 질량은 이 값보다 더 낮겠죠. 나사에서 추정한 값은 물의 0.83 배 였습니다. 그렇다면 대충 계산이 맞다는 이야기가 나옵니다. (실제 이 소행성의 공전 주기, 거리, 크기 등은 데이터 분석 결과 초기 관측 결과와 차이가 날 수 있음을 감안하시기 바랍니다. 여기서는 예를 든 것 입니다. )


 이 계산이 맞는지 알기 위해 사실은 나사의 데이터 시트를 봤는데 질량값이 아직 나오지 않았습니다. 현재 정확한 크기, 주기, 거리등을 측정하고 있는 중으로 생각됩니다. 따라서 이 공식이 정확한지 알기 위해 우리가 값을 이미 알고 있는 태양과 지구의 값도 같이 구해 봅시다. 이번에는 4π^2/T^2 = GM/R^3 을 사용해 봅니다. 여기서 모르는 것은 태양의 질량 (M) 이라고 가정합니다.  





대략 2 X 10 ^ 30 kg 이라는 값이 나왔는데 이는 시간을 대략 24 시간, 1 년을 365 일로, 그리고 태양 지구 거리를 정확히 1.5 억 km 로 정하는 등 근사값을 이용했기 때문입니다. 실제 측정 크기는 1.9891 X 10 ^ 30 kg 입니다. 공식에 값을 대입할 때는 정확한 단위를 사용하도록 주의하시기 바랍니다. 아니면 근사치가 아니라 아주 엉뚱한 결과가 나오게 됩니다. 또 S/m/M/K 같은 약자를 사용하면 하나의 변수로 취급 'M 에 대한 풀이' 를 구할 것인지 등을 묻게 됩니다. 자신이 원하는 변수가 질량 (M) 이라면 당연히 M 에 대한 풀이를 취해야 합니다. 중간 풀이 단계를 워크시트에서 볼 수 있으며 휴지통 표시를 클릭해 없애버릴 수도 있습니다. 


 가장 중요한 저장은 창 상단에 있는 저장 표시를 사용하면 되며 .gcw 라는 확장자로 저장됩니다. 일단 계산한 값은 나중에 다시 써먹기 쉽게 저장이 가능하며 수식을 클릭한 후 선택해고 우클릭을 이용 복사하기를 누르면 수식 창에 복사해서 숫자를 바꿔 계산도 가능합니다. 즉 계속해서 복사하거나 혹은 값을 달리해 계산이 가능합니다.  


 기본 계산기 기능보다는 더 진보된 기능이 필요하지만 합법적 (?) 인 방법으로 전문 계산 프로그램을 구하기 힘들거나 아니면 사용이 어려울 경우 대안으로 사용이 가능한 프로그램이라고 하겠습니다. 특히 계산기와는 달리 저장이 가능하다는 것이 큰 장점입니다. 








댓글

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...

상어 비늘을 흉내낸 항공기 스킨 - 에어로샤크

  (출처: 루프트한자 그룹) ​ ​ 몇년 전 소개드린 바 있는 에어로샤크(AeroSHARK)가 유럽 항공 안전국(EASA)으로부터 에어버스 A330-300에 탑재해도 좋다는 승인을 받아 적용 범위를 확장하게 됐습니다. 상어의 비늘을 모방해서 항력을 낮추는 에어로샤크는 가벼운 필름 형태로 부착해서 항공기의 연료 효율을 높일 수 있습니다. ​ 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222658782756 ​ 항공기를 잡아당기는 항력 (drag)은 항공기의 연료 소모를 증가시키는 원인 중 하나입니다. 여객기의 알루미늄 합금 동체는 만져보면 매끄럽게 느껴지지만, 사실 표면은 미세하게 거친 상태입니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 대기를 뚫고 나아갈 때 얇은 공기층이 동체에 달라붙는데, 표면과 이 공기층 사이에는 약 1밀리미터 두께의 아주 작은 틈이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 틈은 소용돌이가 무질서하게 뒤섞인 공기 덩어리입니다. ​ 이 얇은 난류층은 표면 마찰 항력을 발생시킵니다. 이는 전체 공기역학적 항력의 약 50%를 차지하며, 성능과 비행 효율을 떨어뜨리는 요인입니다. 그런데 사실 상어는 수억 년 전부터 기발한 방법으로 물속에서 항력을 낮춰왔습니다. 상어는 작고 이빨처럼 생긴 비늘인 피부치상돌기를 지니고 있습니다. 상어의 몸을 따라 길게 뻗어 있는 이 작은 돌기들은 물이 상어의 몸 위로 흐를 때, 미세한 소용돌이가 피부에 직접 닿지 않도록 막습니다. 이렇게 하면 난류가 억제되어 상어가 빠르고 부드럽게 헤엄칠 수 있게 됩니다. ​ ​ 에어로사크는 자연의 디자인을 모방하여 유사한 효과를 냅니다. 이는 상어 이빨 능선의 기하학적 구조와 높이, 간격을 흉내낸 50마이크로미터 크기의 홈이 새겨진 인공 고분자 필름입니다. 이 얇은 필름을 비행기 동체에 붙으면 비행당 연료 소비량과 배출량을 1% 줄일 수 있으며, 날개와 꼬리날개에도 붙인 경우 최대 2%까지 줄일 수 있습니다. ​ 디스커버 항공은 자사의 에어버스 ...