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‘정말 저게 가능해?’
일상의 모든 것에 의문을 품은
까칠한 가족들의 부엌 속 물리 이야기

어쩌다 보니 온 가족이 물리학을 전공하게 되었다. 그래서 일상생활의 거의 모든 일에 심지어는 영화를 보면서까지도‘정말 저게 가능해?’라는 질문을 던지는 까칠한 가족이 되었다. 어떤 질문에 대하여 곧바로 답하기 전에 질문이 제대로 되었는지부터 따지는 것이다.
『부엌에서 물리 찾기』는 네 식구가 따로 또는 함께 부엌일을 하다가 떠오른 생각과 나누었던 이야기를 토대로 자료를 찾아 보완하고 검증하여 완성되었다. 파전을 공중으로 던져 뒤집는 순간, 팔꿈치를 중심으로 하는 프라이팬의 회전운동, 파전의 관성모멘트, 질량중심의 운동 등 여러 작용에 관한 수다가 이어지면서, 이러한 이야기를 책으로 만들어보기로 했다. 이 책이, 엉뚱한 질문들로부터 과학적 사고(思考)가 시작되는 경험을 선사할 수 있길 바란다.

부엌 속 숨은 물리 찾기

‘부엌에서 물리 찾기’라고 하면 언뜻 낯설게 느껴진다. 요리를 과학과 연결하라고 하면 대부분 생물학이나 화학을 먼저 머리에 떠올린다. 이는 초등학교부터 과학 수업에서 배운 포도당의 광합성이나 녹말의 소화가 주로 기억에 남아있기 때문이다.
쌀이나 감자, 식물의 광합성 작용으로 만들어진 포도당이 녹말로 어떻게 저장되는지, 그리고 혀의 어느 부분에서 단맛을 느끼는지, 단맛을 내는 설탕과 포도당의 화학식과 그 구조를 배우면서 자연스레 화학을 배웠기 때문이다.
그렇지만 부엌에서 일어나는 일은 생물학적, 화학적 과정보다 물리학적 과정이 많다. 물체의 운동이나 전자기장을 복잡한 수식을 이용해서 다루는 딱딱한 물리학이 맛있는 음식을 요리하는 것과는 전혀 어울리지 않아 보이지만, 현대의 부엌에서 사용하는 모든 조리 기구는 물리학의 원리를 이용한 것이라고 해도 과언이 아니다. 조리에 가장 중요한 전기를 각 가정에 공급할 수 있는 것은 패러데이의 법칙 덕분이고, 음식물을 간단히 데워주는 전자레인지는 레이더 기술을 이용한 것이고, 음식이 달라붙지 않는 프라이팬은 NASA에서 우주선에 우주 먼지가 달라붙지 않게 하도록 개발한 코팅 기술을 활용한 것이다. 이처럼 부엌의 조리기구와 요리 과정은 물리와 밀접한 관련이 있다.

모든 위대한 발견은
엉뚱한 질문에서부터 시작된다

이 책은 맛있는 요리를 만드는 조리법이나 부엌에서 주의해야 할 일을 알려주지 않는다. 그 대신 칼로 썰고, 물을 부어 밀가루를 반죽하고, 불로 요리하는 과정에서 어떤 물리적인 일이 일어나는지, 그 원리를 살펴본다.
이 책을 통해 “칼날이 날카로워야 잘 잘리는 건 왜일까요?”,“모닥불을 피우면 연기는 왜 내가 있는 쪽으로 올까요?”,“왜 노른자는 노란색이지요?”,“물방울은 어떻게 동그랗게 뭉치나요?”같은 엉뚱한 질문들로부터 과학적 사고(思考)를 확장해나가는 법을 배울 수 있길 바란다.

글을 시작하며

CHAPTER 01 칼로 썰기
왜 잘게 썰어요?
왜 같은 모양과 같은 크기로 썰라고 할까요?
무인도에 가져갈 단 하나의 조리도구로 무엇을 고르시겠어요?
우리 인류는 언제부터 칼을 사용했나요?
칼날이 날카로워야 잘 자르는 것은 왜일까요?
칼을 왜 약간 밀거나 당기면서 썰어야 할까요?
우리가 쓰는 대부분의 식칼은 왜 삼각형 모양일까요?
중국식칼이 더 안전하다는데 사실인가요?

CHAPTER 02 불
왜 불씨를 만들기 어려운가요?
왜 물체는 일정 온도 이상으로 온도를 높여야 불이 붙지요?
그런데 왜 성냥이 있어도 모닥불을 피우기 어려운가요?
왜 모닥불을 피우면 연기가 내가 있는 쪽으로 올까요?
우리가 보는 불꽃은 무엇인가요?
왜 숯이 탈 때는 불꽃이 보이지 않나요?
가스레인지 불을 켤 때 나는 소리는 무엇인가요?
가스레인지에서 불이 꺼진 채 밸브가 열려 있어도 안전한가요?
왜 가스레인지에서 불이 가스관으로 타고 들어가지 않나요?

CHAPTER 03 물
어떻게 해서 지구에 물이 있을까요?
우주에는 어떻게 물이 존재하게 되었을까요?
바가지를 띄우거나 연잎을 덮으면 어떤 일이 일어날까요?
찻주전자 효과는 왜 나타나나요?
빙빙 돌려 휘젓는 찻주전자 안의 찻잎이 왜 가운데에 몰릴까요?
왜 물은 많은 물질을 녹일 수 있나요?
배추는 어떻게 절여지나요?
왜 물방울은 동그랗게 뭉치나요?
왜 국물이 넘치나요?
왜 물방울과 컵에 담긴 물은 보이나요?
왜 H2O를 일산화이수소(dihydrogen mono-oxide) 또는 산화수소(oxygen hydrate)라고 부르지 않나요?

CHAPTER 04 달걀
왜 달걀흰자는 익히면 하얗게 되나요?
왜 노른자는 노란색이지요?
달걀을 삶을 때 어떤 일이 일어날까요?
왜 달걀은‘달걀 모양’일까요?
날달걀과 삶은 달걀은 왜 다르게 움직이나요?
왜 마요네즈는 통에서 짜 놓으면 그 모양을 유지하나요?
글을 마치며

칼날이 날카로워야 잘 자르는 것은 왜일까요? “또 이런 황당한 질문을 하네요? 너무도 당연한 것 아닌가요?” 대부분 이렇게 되물을 겁니다. 그런데 물리학은 이런 단순한 그리고 당연해 보이는 현상에 대한 궁금증으로부터 시작합니다. 우선 날카로운 칼이 잘 자르는 이유에 대해 과학자들이 어떻게 설명하고 있는지 찾아볼까요? 물리학 서적이나 인터넷 사이트에서는 칼날이 날카로우면 칼과 물체가 접촉하는 면적이 작아져서 같은 힘을 작용했을 때 날이 물체에 작용하는 압력이 높아지기 때문에 더 잘 자른다고 설명하고 있습니다. 작용한 힘을 그 힘이 작용하는 면적으로 나눈 것을 압력이라고 정의합니다.
24쪽, 〈칼로 썰기〉

왜 모닥불을 피우면 연기가 내가 있는 쪽으로 올까요? 나무가 탈 때 나오는 열은 주위의 공기를 뜨겁게 만듭니다. 공기가 뜨거워지면, 분자들의 운동이 활발해져서 부피가 팽창하고, 그러면 찬 공기에 비해 밀도가 작아집니다. 밀도가 작다는 것은 같은 부피일 때 더 가볍다는 것입니다. 즉, 찬 공기보다 뜨거운 공기가 더 가볍습니다. 기체나 액체처럼 유동적인 물질 안에 물체를 밀어 넣으면, 그것이 밀어낸 기체나 액체의 무게와 같은 크기의 부력이 작용하게 되는데, 그때 부력의 방향은 중력이 작용하는 방향과 반대쪽으로 작용합니다.
80쪽, 〈불〉

왜 국물이 넘치나요? 물을 담은 냄비를 가스레인지에 올리고 불을 켜면 어떤 일이 일어나는지 알아봅시다. 가스가 연소하면서 나오는 열이 냄비의 밑바닥을 통해 전도(傳導, 통하여 전달된다는 뜻, conduction)의 형식으로 물에 전달되어 물의 온도가 높아집니다. 따뜻해진 물은 밀도가 낮아서 위로 올라가고 대신 위쪽에 있던 찬물이 아래로 내려오는 대류(對流, 상대방 쪽으로 흐른다는 뜻, convection)가 일어납니다. 물을 끓이면서 자세히 관찰해 보면 이 움직임을 볼 수 있습니다.
194쪽, 〈물〉

왜 노른자는 노란색이지요? 달걀노른자에는 노란색을 내는 색소인 잔토필(Xanthophyll)이 들어있기 때문입니다. ‘노른자니까 노란색이지’라는 것보다는 낫지만 정말 썰렁한 대답이네요? 그러면 ‘왜 잔토필 분자가 섞여 있는 물질은 노란색으로 보일까요?’라고 질문을 해야겠지요? 그 답은 ‘잔토필 분자는 가시광선에서 파장이 짧은 파란색 빛을 흡수하기 때문’입니다. 그래서 흡수되지 않고 남은 빛이 우리 눈의 녹색과 빨간색을 감지하는 원뿔 모양 세포를 자극하니까 노란색으로 보이는 것입니다.
228쪽, 〈달걀〉