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물리와 원만하지 못했던 모두를 위한 물리책

물리는 즐겁고 재밌는 것일까? 중고등학교 때를 떠올리면, 거의 모두가 “아니!”라고 대답할 것이다. 교과서가 어려운 건지, 과학적 센스가 부족해서 이해를 못하는 건지, 어쨌든 이해할 수 없는 것 투성이였을 것이다. 이렇게 이해할 수 없으면, 당연히 재밌을 리가 없다! 그런데도 물리는 도대체 왜 배우는 걸까?

물리, 즉 물리학의 목표는 우주 또는 자연이 어떤 식으로 운동하는가를 논리적으로 이해하는 것이다. 이 말은 모든 물체의 운동 원리를 규명한다는 것이다. 거기다 우주까지 다룬다! 정말 광범위하지 않은가? 하지만 물리학자가 아닌 이상 물리를 다 알 필요는 없다. 쉽고, 빠르게 이해하기만 하면 된다. 거기다 재미까지 있으면 금상첨화다. 『물리의 구조』는 쉽고 빠르고 재밌게 물리를 즐길 수 있게 도와주는 책이다.

어렸을 때 신나게 읽었던 어린이 과학책처럼,
재미있고 유쾌하게 읽는 물리책!

누구에게나 과학적 재능이 있는 것은 아니다. 하지만 모두가 한 번쯤은 과학책을 흥미진진하게 읽지 않았던가? 지구가 속한 태양계는 우주 전체에 비하면 티끌만한 크기도 되지 못한다는 걸 알았을 때, 당장 미지의 우주를 탐험하고 싶어 가슴이 두근거렸을 것이다. 우리에게도 한때 과학은 신나는 모험이었다! 그러니 물리가 어렵다고 무조건 내치지는 말자. 과학이 어렵고 물리가 어려운 이유는 우리들 대부분이 보지도 않고 책을 덮어버려서다. 물리학은 이과든 문과든, 제물포든 물포자든 상관없이 누구나 이해할 수 있다.
이 책은 80개의 흥미로운 주제로 물리를 탐험한다. 인공위성, 롤러코스터, 얼음 위에서의 회전, 지구의 공전과 자전 등이 나온다. 거기다 거대한 태평양을 가로지르는 다리가 가능한지와 자전거 발전기로 스마트폰 충전하기 등 기상천외한 물리학도 나온다.

물리에 뒤늦게 빠진 이들을 위한 3분 물리!

『물리의 구조』 구성은 간단하다. 80개의 주제로 이뤄졌으며, 각 주제는 2페이지 안에서 해결된다. 왼쪽에는 설명이, 오른쪽에는 일러스트로 한눈에 이해할 수 있게 해놓아서 3분이면 이해할 수 있다. 먼저 1장은 일상생활에서 떠올릴 만한 궁금증을 물리로 풀어 설명한다. 비행기가 하늘을 하는 이유, 컵에서 물이 아슬아슬하게 넘치지 않는 이유, 뜨거운 밥·국그릇이 식탁에서 미끄러지는 이유 등 다양한 상황의 물리를 다룬다. 2장에서는 범위를 확장해 좀 더 다양한 물리를 다룬다. 블랙홀, 항성 간 거리 알아내기, 소리가 전달되는 원리, 태풍과 저기압의 차이 등이 나온다. 3장에서는 최신 기술에 물리가 어떻게 적용됐는지 보여준다. GPS, 초고성능 망원경, 인공강우, 태양전지, 우주 엘리베이터 등 흥미진진한 물리가 펼쳐진다. 마지막 4장에서는 심화된 물리를 이야기한다. 특히 아인슈타인의 상대성이론과 암흑물질 등 어디선가 들어봤지만 어떤 것인지는 잘 모르는 물리 이야기를 소개한다.
미지의 세계는 무서운 것이기도 하지만, 빨리 떠나고 싶은 모험심도 불러일으킨다. 이 책의 ‘물리’도 그렇다. 중고등학교 시험에 잔뜩 나왔던 수식만 가득한 물리는 잊어라. 이제 종이 한 장만 넘기면 흥미로운 세상이 펼쳐질 것이다.

머리말

제1장 일상적인 궁금증과 물리의 원리
01 왜 전철 안에서 펄쩍 뛰어도 뒤로 밀려나지 않을까?
02 왜 롤러코스터가 뒤집혀도 사람이 떨어지지 않을까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ① 엘리베이터, 상승 시 몸무게는 더 무거워질까 더 가벼워질까?
03 왜 사람은 우주로 날아가 버리지 않을까?
04 어떻게 인공위성은 지구 주위를 계속 돌 수 있을까?
05 어떻게 비행기는 하늘을 날 수 있을까?
06 어떻게 쇳덩어리인 배가 물 위에 뜰 수 있을까?
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ① 세계 최대 크기의 배는 얼마나 크게 만들 수 있을까?
07 스키점프 선수는 높은 곳에서 떨어져도 왜 다치지 않을까?
08 왜 물은 컵에서 흘러넘치지 않고 볼록 솟아오를까? 2
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ② 사람이 물 위에서 바실리스크처럼 달릴 수 있을까?
09 어떻게 노를 저어야 빠르게 나아갈 수 있을까?
10 강 가운데 부분의 흐름이 가장 빠른 이유가 뭘까?
11 야구에서 던지는 변화구는 왜 꺾일까?
12 아치 모양의 다리는 왜 무너지지 않을까?
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ③ 일본과 미국을 잇는 아주 긴 다리를 세울 수 있을까?
13 로켓은 어떻게 우주까지 날아가는 것일까?
14 헬리콥터는 도대체 어떻게 하늘을 나는 걸까?
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ④ 내 몸에 프로펠러를 달아서 하늘을 날고 싶다!
15 비행기를 타면 귀가 아픈데, 왜 그럴까?
16 잠수병이란 무엇일까? 도대체 왜 생기는 것일까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ② 사람이 심해 200m까지 맨몸으로 잠수할 수 있을까?
17 왜 얼음 위에서 걸으면 발이 미끄러울까?
18 피겨스케이팅 선수가 빠르게 회전하는 방법이 뭘까?
19 펌프는 어떻게 물을 퍼 올리는 것일까?
20 국이 든 그릇의 뚜껑을 열기 힘든 이유가 뭘까?
21 왜 보통 신발보다 힐에 밟혔을 때 더 아플까?
22 왜 전봇대 내부는 텅 비어 있을까?
23 비가 오면 왜 벼락이 떨어질까?
24 구름은 어떻게 하늘에 떠 있을 수 있을까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ③ 쇠구슬과 골프공을 동시에 떨어뜨리면 어떻게 될까?
물리의 위인 ① 아이작 뉴턴

제2장 계속 펼쳐지는 다양한 물리
25 왜 쌍안경으로 보면 멀리 있는 것이 크게 보일까?
26 망원경으로 얼마나 먼 곳까지 볼 수 있을까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ④ 기술 발달로 200억 광년 너머 우주도 볼 수 있을까?
27 지구는 왜 도는 것일까?
28 지구는 어떻게 우주에 떠 있는 것일까?
29 모든 것을 빨아들이는 블랙홀이란 어떤 구멍일까?
30 별까지의 거리를 어떻게 알 수 있을까?
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ⑤ 지구가 속한 태양계를 벗어나 우주여행을 갈 수 있을까?
31 소리는 얼마나 먼 곳까지 전해질 수 있을까?
32 왜 구급차 사이렌 소리는 점점 변할까?
33 밤에는 멀리서 나는 소리가 잘 들리는데, 기분 탓일까?
34 동물에게만 들린다고? 도대체 초음파란 무엇일까?
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ⑥ 실 전화기는 얼마나 길게 만들 수 있을까?
35 거울에 사물이 비치는 원리가 뭘까?
36 헛것이 보이는 신기루란 대체 뭘까?
37 애초에 빛이란 무엇일까?
38 무지개의 정체는 무엇일까? 어떻게 생겨나는 것일까?
39 왜 하늘과 바다는 푸르게 보일까?
40 적외선이란 무엇일까? 어떤 성질을 지녔을까?
41 피부가 타는 원인이라고? 자외선은 어떤 빛일까?
42 엑스선 검사를 하면 왜 몸이 비춰 보일까?
43 복사기는 어떻게 서류를 똑같이 베껴내는 것일까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ⑤ 정전기에 감전돼서 죽을 수도 있을까?
44 전지는 어떻게 전기를 만들어낼까?
45 발전소에서 만들어진 전기가 도착하는 데 걸리는 시간은?
46 LED는 일반적인 전구와 뭐가 다른 것일까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ⑥ 자전거 발전기로 스마트폰을 100% 충전할 수 있을까?
47 모터란 무엇일까? 왜 전기를 흘리면 움직일까?
48 자석은 어떻게 철을 끌어당기는 것일까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ⑦ 북극에서 나침반의 N극은 어느 방향을 가리킬까?
49 발전소에서는 어떤 식으로 전기를 만들까?
50 왜 휘발유를 넣으면 자동차가 움직일까?
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ⑦ 영구기관, 영구히 움직이는 기계
51 체온계는 어떤 식으로 체온을 잴까?
52 냉장고는 어떻게 차가워지는 것일까?
더 알고 싶다! 선택 물리학 ⑧ 물체를 .1,000℃까지 차갑게 만들 수 있을까?
53 저기압일 때 날씨가 흐리고 비가 오는 이유가 뭘까?
54 태풍이란 무엇일까? 저기압이랑 뭐가 다를까?
물리의 위인 ② 갈릴레오 갈릴레이

제3장 최신 기술과 물리의 관계
55 어떻게 위치를 알 수 있을까? _GPS의 원리
56 스바루 망원경을 능가한다고? _초고성능 망원경 개발
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ⑧ 갑자기 태양이 사라지면 어떻게 될까?
57 인공적으로 비를 내린다고? _인공강우의 원리
58 전기저항이 제로라고? _초전도 케이블의 원리
59 자기부상열차는 왜 빠를까? _초전도 전자석
60 휘발유 없이 달린다고? _연료전지 자동차의 구조
61 무선 조종 헬리콥터와 드론의 차이점?_드론이 나는 방식
62 전기의 힘으로 하늘을 난다? _전동 항공기 개발
63 빛이 어떻게 전기가 될까? _태양전지의 원리
64 4K, 8K, OLED…? _최신 TV의 종류
더 알고 싶다! 선택 물리학 ⑨ 잠수 중에 스마트폰으로 문자 메시지를 보낼 수 있을까?
65 지상과 우주를 연결하는 길? _우주 엘리베이터
66 화성까지 우주여행 기간은? _화성 탐사
알쏭달쏭! 공상과학 특집 ⑨ 시공간을 단번에 이동하는 워프는 실현 가능할까?
67 선 없이도 충전한다고? _무선 충전의 원리
68 어떻게 식품을 데울까? _전자레인지와 마이크로파
69 어떻게 가열하는 것일까? _인덕션레인지
70 어떻게 탄 자국까지 나지? _스팀오븐의 원리
더 알고 싶다! 선택 물리학 ⑩ 똑같은 기온에서 더 따뜻하게 느껴지는 건 어느 쪽일까?
물리의 위인 ③ 마이클 패러데이

제4장 매일매일 말하고 싶은 물리 이야기
71 아인슈타인의 상대성이론이란 무엇일까?①
72 아인슈타인의 상대성이론이란 무엇일까?②
73 우리는 우주의 시작에 관해 어느 정도나 알고 있을까
74 우주에 존재하는 수수께끼, 암흑물질이란?
75 우리가 살고 있는 우주는 앞으로 어떻게 될까?
76 원자보다 작다고? 기본 입자란 대체 뭘까?
77 양자론과 양자역학이란? 미시 세계 이론을 알아보자
78 카오스, 혼돈 이론이란 어떤 이론일까?
79 일본에서 만든 원소인 니호늄이란 무엇일까?
80 노벨 물리학상을 받은 일본인 과학자들은?

물리학의 15가지 대발견!
참고문헌

스키점프 착지면 자체가 경사면이다. 경사면에 비스듬히 날아와서 착지하면 a는 수직으로 누르는 힘(b)과 앞으로 나아가는 힘(c)으로 분해되며, 경사면 반작용(b´ )은 더 작은 값이 된다. 스키점프 선수가 다치지 않는 이유다.
07 스키점프 선수는 높은 곳에서 떨어져도 왜 다치지 않을까?

헬리콥터는 위에 달린 회전 날개(프로펠러)를 돌려서 날아오르는데, 이 부분을 메인 로터라고 한다. 메인 로터 단면은 비행기 날개와 비슷하다. 위쪽이 볼록하게 나와 있어서 공기의 흐름이 변해 위쪽 기압이 아래쪽에 비해 낮아진다. 이를 통해 양력을 얻을 뿐만 아니라, 연날리기처럼 반작용도 이용해 기체를 위로 띄운다.
14 헬리콥터는 도대체 어떻게 하늘을 나는 걸까?

펌프란 대체 어떤 방식으로 작동하는 것일까? 난로를 예로 들어보자. 먼저 기름통의 액면이 난로 안에 든 기름의 액면보다 높은 위치에 오도록 만든 다음 펌프를 넣는다. 펌프를 처음에 몇 번 누르면, 펌프 관 내부가 등유로 가득 찬다. 그러면 그 후에는 자동으로 기름통에서 난로로 등유가 흘러 들어간다. 이는 사이펀의 원리에 의한 현상이다.
19 펌프는 어떻게 물을 퍼 올리는 것일까?

지상의 높은 산보다 아예 공기가 없는 우주가 더 조건이 좋다. 허블 우주망원경은 우주공간에 있으며, 이 또한 130억 광년 이상 떨어진 은하를 발견했다. 망원경의 카메라는 가시광선뿐만 아니라 적외선, 자외선, 전파, 감마선 등도 비춰낸다. 현대의 천문학자는 이러한 정보를 분석해 블랙홀 등 다양한 천체를 발견한다.
26 망원경으로 얼마나 먼 곳까지 볼 수 있을까?

소리는 공기의 진동이 파동의 형태로 전해지는 것이며, 이 진동에 의해 고막이 떨리면 소리를 들을 수 있다. 아주 큰 소리는 강한 진동이므로 먼 곳까지 전해지지만, 소리의 파동은 전파되면서 점차 약해지므로 한계가 있다. 그러면 소리는 대체 얼마나 먼 곳까지 전해질 수 있을까?
31 소리는 얼마나 먼 곳까지 전해질 수 있을까?

발전량이 소비량보다 커지면 전압과 주파수가 높아지며, 소비량이 발전량보다 커지면 전압과 주파수가 낮아진다. 만약 발전량과 소비량의 균형이 무너져서 어느 한쪽이 극단적으로 커지면 가전제품이 망가지고 만다. 그래서 전력 회사는 ‘한겨울의 추운 날에는 난방 기구를 많이 쓸 것이다’라는 식으로 소비량을 예측하여, 발전소의 출력을 적절히 제어함으로써 전압과 주파수를 조절한다.
45 발전소에서 만들어진 전기가 도착하는 데 걸리는 시간은?

반도체란 전기가 흐르는 ‘도체’와 흐르지 않는 ‘절연체’의 중간 성질을 지니는 물질이다. 조건에 따라 전기가 흐르기도 하고 흐르지 않기도 하는, 다시 말해 전기적인 성질이 변하는 특성을 가진 물질이다. 반도체에는 n형과 p형이라는 2가지 종류가 있는데, 태양전지는 2종류의 반도체를 붙여서 만든다.
63 빛이 어떻게 전기가 될까?_태양전지의 원리

우주가 탄생한 지 10-36분의 1초 후부터 10-34분의 1초 후라는 짧은 시간 동안, 이제 막 태어나 현미경으로도 볼 수 없을 정도로 작았던 우주가 급격하게 팽창했다. 이 팽창은 ‘샴페인의 거품 한 알이 순식간에 태양계 이상의 크기가 될 정도’라고 한다. 이 급격한 팽창을 인플레이션이라고 하며, 이어서 우주를 팽창시키는 에너지가 열로 변해서 빅뱅(대폭발)이 일어났다.
73 우리는 우주의 시작에 관해 어느 정도나 알고 있을까?