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과학공부에 대한 신선한 자극제

누구나 한번쯤은 꿈꿔봤을 투명인간은 과학적으로 왜 실현될 수 없는지, 빛은 우리가 사물을 볼 때 없어서는 안 될 중요한 요소지만 피부암을 유발하는 양날의 칼 같은 존재라는 사실, 공기에도 무게가 있다는 사실 등 과학적 호기심을 충족시키기에 다양한 소재들로 구성되어 있다.
저자는 물리는 우리가 살고 있는 이 세상의 법칙과 원리를 찾아내는 학문이라고 말한다. 우리가 살고 있는 일상에서의 여러 현상들을 좀 더 깊이 있는 눈으로 관찰할 수 있게 해주는 것이 바로 물리학인 것이다. 매일 떨어지던 사과를 아인슈타인이 달리 보지 않았다면 만유인력은 탄생할 수 없었을 것이고, 목욕탕에서 생각에 몰두하던 아르키메데스가 욕조에 물이 넘치는 현상을 대수롭지 않게 여겼다면 아르키메데스의 원리 또한 발견할 수 없었을 것이라고 말한다

[재밌어서 밤새읽는] 시리즈의 제3편 [물리], 마침내 출간!
실감나지 않던 물리의 개념과 법칙이 한눈에 쏙~
어느새 물리 공부가 만만해진다!

기상천외한 스토리와 흥미로운 실험으로 과학은 어렵다는 편견을 깨고 '재미있는 과학'을 실천하고 있는 [재밌어서 밤새읽는] 시리즈의 제3편 [재밌어서 밤새읽는 물리 이야기]가 마침내 출간되었다. 이 시리즈는 일본 마쓰시다 고노스께 회장이 설립한 PHP연구소에서 출판되어 과학의 다양한 분야 책들이 지속적으로 출간될 만큼 큰 사랑을 받고 있는 시리즈로, 국내에서도 화학편·수학편이 출간된 이후 학교 현장의 많은 교사들과 관련단체들로부터 좋은 반응을 얻고 있다.
[재밌어서 밤새읽는 물리 이야기]는 교실에서는 실감나지 않았던 물리와 개념을 우리 생활 속에서 찾아냄으로써 어렵고 지루하게만 느껴졌던 물리공부를 청소년들이 쉽고 재미있게 이해하고 공부할 수 있도록 한 책이다. 실제로 저자가 중고등학교 과학교사로 학생들을 가르치면서 학생들이 무엇을 힘들어하는지, 과학교육의 문제가 무엇인지에 대해 수없이 경험하고 고민해왔던 것을 한 권의 책으로 정리한 책이다.
이 책에는 우리 생활과 직접적으로 관련이 있는 빛, 열과 온도, 초고온, 초저온에서 시작하여 옛날 과학자들의 탐구과정을 통해 알아낸 '만유인력'과 '지구의 크기를 재는 방법', 아이들에게 호기심과 창의적인 아이디어를 제공할 '지구를 관통하는 구멍에 공을 떨어뜨리면' '빨대로 하는 재밌는 과학놀이', 미래의 에너지에 대해 생각할 주제를 주는 '인류는 영구기관을 꿈꾼다'까지 물리의 전반적인 부분을 골고루 담아내 청소년들은 그야말로 살아 있는 물리와 만나게 될 것이다. 이 책을 통해 청소년들은 물리과목에 대한 공부를 배울 뿐만 아니라, 지금까지 몰랐던 매력적인 세계를 만남으로써 새로운 시선으로 세상을 바라볼 수 있는 기회를 갖게 될 것이다.
끝으로 현직 교사의 감수과정을 거쳐 우리가 흔히 사용하는 용어들을 현재 우리 교과서에서 사용하고 있는 용어들로 수정·보완함으로써 청소년들이 물리교과 과목을 공부하는 데 있어 도움을 받을 수 있도록 했다.

한번 읽기 시작하면 멈출 수 없는 신기하고 호기심 가득한 물리의 세계!
정말 밤새워 읽게 되는 신기한 과학책

이 책이 가진 가장 큰 장점은 어렵고 지루한 물리를 쉽고 만만한 존재로 여기게 하고 그에 대해 명쾌한 해답을 주는 것에 있다. 또 우리가 일상에서 느끼는 다양한 호기심들을 물리학적인 개념을 통해 해결해주기도 한다. 누구나 한번쯤은 꿈꿔봤을 투명인간은 과학적으로 왜 실현될 수 없는지, 빛은 우리가 사물을 볼 때 없어서는 안 될 중요한 요소지만 피부암을 유발하는 양날의 칼 같은 존재라는 사실, 공기에도 무게가 있다는 사실 등 과학적 호기심을 충족시키기에 다양한 소재들로 구성되어 있다.
저자는 물리는 우리가 살고 있는 이 세상의 법칙과 원리를 찾아내는 학문이라고 말한다. 우리가 살고 있는 일상에서의 여러 현상들을 좀 더 깊이 있는 눈으로 관찰할 수 있게 해주는 것이 바로 물리학인 것이다. 매일 떨어지던 사과를 아인슈타인이 달리 보지 않았다면 만유인력은 탄생할 수 없었을 것이고, 목욕탕에서 생각에 몰두하던 아르키메데스가 욕조에 물이 넘치는 현상을 대수롭지 않게 여겼다면 아르키메데스의 원리 또한 발견할 수 없었을 것이라고 말한다.
이 책을 통해 우리가 접하는 일상생활의 현상들을 한 번 더 관찰하게 되고 생각의 폭을 넓힐 수 있게 될 것이다. 또한 '이 경우는 어떨까?' '저 경우는 어떨까' 라는 세상에 대한 새로운 의문이 샘솟는 기쁨도 만끽하게 될 것이다.
책 곳곳에 숨겨진 재치 있는 일러스트레이션들은 물리를 한층 더 흥미롭게 만든다.

수많은 물리실험을 통해 물리를 쉽게 이해한다!
청소년들이 자연스레 물리를 익히게 하는 최적의 과학교양서

이 책에는 수많은 물리실험들이 등장한다. 구멍 뚫린 동전을 가열함으로써 원자의 운동 공간을 실험하고 생각해보는가 하면, 알루미늄캔 찌그러트리기 실험을 통해 대기압의 크기를 실감하기도 한다. 욕조에 몸을 담가 사람 몸의 밀도를 측정하는가 하면, 밀도를 이용해 달걀의 신선도를 확인하기도 하며, 고온의 수증기로 종이를 태우는 실험도 한다. 이 모든 것은 저자는 실제 교육현장에서 자신이 오랫동안 활용했던 실험들로, 이 다양한 실험과 계산을 통해 물리에 대한 이해를 높였고, 그것을 모두 이 책에 담았다.
이 책을 직접 읽고 배우는 학생들은 물론, 새로운 방향의 과학과 물리교육을 고민하는 교사와 학부모들에게도 과학공부에 대한 신선한 자극제가 되어줄 것이다. 최적의 물리입문서를 만나게 될 것이다.

머리말

1장_참을 수 없는 물리의 즐거움
빛이 없는 캄캄한 방에서도 주위가 보일까
투명인간의 치명적인 약점
빛의 굴절현상은 왜 생길까
우리에게는 보이지 않는 빛
열과 온도는 어떻게 다를까
온도는 어디까지 높아지고 낮아질 수 있을까

2장_나도 모르게 이야기하고 싶어지는 물리
병뚜껑이 안 열릴 때는 뚜껑을 가열하라
공기도 얇을수록 시원하다
음식을 1kg 먹으면 몸무게는 어떻게 될까
공기에도 무게가 있다
만유인력과 질량은 어떤 관계일까
에라토스테네스는 지구의 크기를 어떻게 쟀을까
지구의 정확한 모양은 회전 타원체다
물체가 뜨고 가라앉는 이유는 무엇일까
1kg의 솜과 쇠 중 어느 쪽이 더 무거울까
지구가 자전과 공전을 계속 하는 이유는 '관성'
피사의 사탑 물체 낙하 실험은 거짓이었다!?
코끼리 발보다 하이힐에 밟혔을 때 더 아프다?
대기압을 이용해서 주스를 마신다?

3장_잠도 잊고 읽게 되는 물리이야기
지구를 관통하는 구멍에 공을 떨어뜨리면?
정전기도 우리 생활에 유용하게 쓰인다
셀프 주유소 화재의 범인은 정전기?
빨대로 하는 재미있는 과학놀이
지렛대로 지구를 들어 올리려면 몇 년이 걸릴까
인류는 영구 기관을 꿈꾼다

맺음말
참고문헌

투명인간이 된다는 말은 몸 전체의 굴절률이 공기와 같아진다는 의미다. 만약 몸 전체의 굴절률이 물과 같아진다면, 물의 굴절률은 공기의 굴절률보다 훨씬 크기 때문에 또렷하게 인간의 형태를 띤 물과 같은 모습으로 보이게 된다. 따라서 완전히 보이지 않는 투명인간이 되려면 굴절률이 공기와 같아야 하는 것이다.
인간의 눈에는 렌즈의 역할을 하는 수정체가 있다. 수정체는 크리스탈린(Crystalline)이라는 투명한 단백질로 구성되어 있는데, 이 수정체의 굴절률은 물보다 아주 약간 클 뿐이다. 한편 각막과 유리체의 굴절률은 물과 같다. 공기 속을 날아온 빛은 수정체에서 굴절되어 망막 위의 세포에 상을 만드는데(빛을 흡수해 밝기의 신호와 색의 신호를 뇌에 전달한다), 만약 수정체 등의 굴절률이 공기와 같아지면 빛은 수정체와 망막 부분을 그대로 통과해버린다. 어떤 물체에서 반사된 빛이 눈으로 들어와도 눈은 물체의 모습을 인식하지 못한다는 말이다. 그러므로 설령 웰스가 쓴 소설의 주인공과 같은 투명인간이 된다 해도 매우 치명적인 약점을 지닌 투명인간이 되고 말 것이다.
(/ [투명인간의 치명적인 약점] 중에서)

우리가 일상생활에서 '무게'라는 말을 사용할 때는 질량을 의미하는 경우도 있고 힘을 의미하는 경우(물체가 받는 중력의 크기)도 있으며 어느 쪽이든 상관없는 경우도 있다. 초등학교 과학 교과서에서는 '무게'를 질량의 의미로 사용했지만, 중학교 이후의 과학 교과서에서는 '물체가 받는 중력의 크기'라는 의미로 사용했다. 일상생활에서 사용할 때의 의미와 다르므로 혼란을 피하기 위해서는 모호한 '무게' 대신 질량과 중량을 사용할 것을 권한다.
질량은 물체가 지니고 있는 어디에서나 변하지 않는 양이다. 단위는 그램(g)이나 킬로그램(kg) 등이다. 질량이 100g인 물체는 어디에서나 100g이며, 지구상이든 우주선 안에서든 변하지 않는다. 어떤 사람의 몸무게, 즉 질량으로 50kg이라면 우주선 안이나 달에서도 50kg이다. 몸을 구성하고 있는 원자의 수와 종류는 변하지 않으므로 질량은 어디에서나 똑같은 것이다.
(/ [만유인력과 질량은 어떤 관계일까] 중에서)

코끼리 발을 복제한 물건을 동물원에서 가져와 발의 넓이를 계산한 다음 코끼리에게 밟혔을 때와 하이힐에 밟혔을 때의 압력을 계산했다. 어느 쪽의 압력이 더 클까? 코끼리 발 하나의 넓이는 1,060cm²로 약 1,000cm²(=0.1m²)이며, 몸무게(질량)는 3,000kg(힘으로 치면 약 3만 N), 밟혔을 때 발 하나에 걸리는 체중은 전체의 4분의 1이라고 가정하자. 한편 하이힐을 신은 여성은 몸무게가 40kg(힘으로 치면 약 400N), 힐의 바닥 면적은 가로세로 각각 1cm, 즉 1cm²(=0.0001m²)이며 여기에 몸무게의 2분의 1이 가해진다고 가정한다.
계산해보면 코끼리에게 밟혔을 때의 압력보다 하이힐에 밟혔을 때의 압력이 훨씬 크다. 새삼 '만원 전철 안의 하이힐은 흉기구나!'라는 생각이 들지 않는가? 참고로, 이 계산에서는 코끼리에게 밟혔을 때 사람의 몸에 닿지 않은 발바닥의 나머지 부분이 지면을 누르고 있다고 가정했다. 만약 코끼리 발의 압력이 사람을 밟은 부분(넓이는 150cm²)에만 걸린다면 압력은 약 7배가 된다.
(/ [코끼리 발보다 하이힐에 밟혔을 때 더 아프다?] 중에서)

감수를 맡으면서 이 책을 진짜 밤새 읽게 되었다. 10여 년 전 나도 아이들을 위해 쉽고 재미있는 물리 이야기를 쓰려고 기획했다가 여러 가지 사정으로 미루고 있었는데, 이번 기회에 이 책을 접하게 되었다. 이 책은 한마디로 어려운 내용을 쉽고 재밌게 풀어낸 과학 교양서로서 손색이 없었다. 저자가 물리 분야에서 꼭 짚고 넘어가야 할 부분들을 자신의 교실 수업의 경험을 바탕으로 써내려간 알토란같은 내용들이다. 이 책을 통해 물리가 아이들에게 지루하고 어려운 교과과목이 아니라, 세상에는 또 다른 흥미로운 세계가 존재한다는 것을 아는 계기가 되었으면 한다. '아이돌도 필요하지만 우리에겐 과학자가 더 많이 있어야 합니다'라고 어느 광고는 말하고 있지만, 그동안 아이들은 '아이돌의 세계'만큼 재미있는 물리의 세계를 만날 수 없었는지도 모른다. 이 책이 그런 아이들에게 또 다른 방의 문을 열어주는 열쇠가 되기를 바란다.
(/ [감수의 글] 중에서)