‘힘? 에너지? 전기? 빛? 물리학은 너무 어려워 보이는데!’, ‘물리학은 로봇공학자나 자동차공학자가 되려고 배우는 거 아닌가?’ 이처럼 많은 학생들이 물리학을 막연히 어려워하곤 한다. 과연 물리학도 ‘즐거운 지식’이 될 수 있을까? 《물리학이 이렇게 쉬울 리 없어》는 중학 과학 개념이 한눈에 들어오는 ‘개념 찬 과학’ 시리즈로, 현직 교사이자 ‘올해의 과학교사상’을 수상한 저자가 들려주는 물리학 이야기이다. 이 책은 흥미로운 소재에서 출발하는 다채로운 중학 물리학 개념뿐만 아니라 초등학교 때 배웠던 기초 개념 및 풍부한 과학 상식도 함께 들려준다. 덕분에 일상 속의 힘과 에너지가 담긴 흥미진진한 세계를 여행하는 즐거움을 느낄 수 있다. 또한 이 책을 통해 배운 물리학을 바탕으로 세상을 더욱 현명한 관점으로 바라볼 수 있을 것이다.
“일상 속의 힘과 에너지, 그 흥미진진한 세계!”
영화처럼 재밌고 게임처럼 짜릿한 물리학 이야기
★ 잠수함이 가라앉거나 떠오르는 원리는 무엇일까요?
★ 롤러코스터는 어떻게 엔진 없이도 빠르게 움직일까요?
★ 전기 자동차의 모터는 어떻게 자동차를 움직이게 할까요?
★ 기차선로나 다리 이음매의 틈은 왜 만들었을까요?
★ 도로 모퉁이에 설치된 거울은 오목 거울일까요, 볼록 거울일까요?
우리는 일상에서 문득 이런 질문들을 떠올리곤 한다. ‘무거운 배가 어떻게 물 위에 둥둥 뜰 수 있을까?’, ‘발전소에서는 어떤 과정으로 전기를 만들까?’, ‘뚝배기에 끓인 찌개는 왜 쉽게 식지 않을까?’, ‘옷 가게 거울로 보면 왜 실제보다 날씬해 보일까?’ 이 모든 질문의 답은 물리학에 들어 있다.
물리학은 자율 주행 자동차나 인공 지능 로봇을 만드는 공학 분야뿐 아니라, 우리 주변에서 일어나는 수많은 현상을 설명해주는 학문이다. 그래서 《물리학이 이렇게 쉬울 리 없어》의 1부에서는 과학과 물리학의 역사, 그리고 물리학의 분야 등을 소개하면서 독자들을 물리학의 세계로 친절하게 안내한다.
그리고 2부에서는 우리 생활에서 만나는 여러 힘과 운동, 에너지 등에 담긴 흥미로운 이야기를 펼쳐나간다. 이를 통해 독자는 장대높이뛰기의 장대가 어떤 힘을 이용하는지, 영화 〈어벤져스: 엔드게임〉에서 연료가 바닥난 아이언맨의 우주선이 어떤 운동을 하는지, 롤러코스터는 엔진 없이도 어떻게 바람을 가르며 빠르게 움직이는지 등을 이해할 수 있다.
이어서 3부에서는 전기와 자기 현상을 이야기한다. 오늘날에는 전기 없는 삶은 생각할 수도 없다. 텔레비전, 선풍기, 스피커 등 우리 주변에 있는 각종 전기 기구를 떠올려보자. 그리고 전기력과 자기력에 의해 움직이는 자기 부상 열차와 전기 자동차까지. 그런데 우리는 이 작동 원리에 대해 얼마나 알고 있을까? 저자는 일상의 친숙하면서 다양한 예를 들어 마찰 전기부터 전자기 유도, 전자석, 전동기까지 재미있는 전기와 자기의 세상을 알려준다.
4부에서는 온도와 열을 만나게 된다. 특히 저자가 들려주는 냉동 만두의 요리법을 듣다 보면 독자들은 어느새 열의 이동 방법을 완벽하게 이해하게 될 것이다. 이 외에도 보온병에 담긴 음료의 온도가 오랜 시간 유지되는 이유, 해륙풍과 계절풍이 부는 원리, 전기 주전자의 물이 끓기 시작하면 스위치가 저절로 꺼지는 원리 등 우리 생활에 많은 영향을 미치는 열과 관련된 흥미로운 이야기들이 가득하다.
마지막으로 5부에서는 빛과 파동에 대한 이야기를 들려준다. 우리 눈에 보이는 물체의 색과 모습은 빛에 의해 변하기도 하는데, 빛이 가지는 마법의 정체는 무엇일까? 스마트폰 화면의 다양한 색, 옷 가게 거울의 비밀, 망원경과 현미경 속 렌즈 이야기를 듣다 보면 그 비밀을 알게 된다. 또한 우리는 스마트폰이나 교통 카드에 이용되는 전파, 전자레인지의 마이크로파, 산부인과에서 태아를 검사하는 데 이용하는 초음파 등 일상에서 파동을 여러 용도로 이용하는데, 그 원리는 무엇일까? 그리고 세상을 가득 채우는 소리의 특징은 과연 무엇일까? 이 역시 재미있는 이야기로부터 자연스럽게 깨닫게 된다.
물리학은 우리가 일상에서 만나는 과학적 현상을 이해하고 세상을 더욱 현명한 관점으로 바라보게 해준다. 독자들은 물리학을 통해 삶을 보다 흥미롭게, 보다 폭넓게 생각하게 될 것이다. 그럼 지금부터 이 책과 함께 중학 물리학의 첫걸음을 힘차게 내디뎌 보자!
1부_ 물리학이란 무엇일까
① 물리학은 무엇을 연구할까?
2부_ 롤러코스터를 움직이게 하는 힘과 에너지는 무엇일까
① 물체를 움직이게 하고 변형하는 원인│힘│
② ‘등속’과 ‘자유 낙하’의 의미│운동│
③ 일을 할 수 있는 능력이자 변신의 귀재, 에너지│일과 에너지│
3부_ 전기와 자기는 서로 어떤 관련이 있을까
① 물체는 어떻게 전기를 띠게 될까?│전기│
② 전기 회로의 법칙, ‘V=IR’│전기 회로│
③ 자기 부상 열차와 전기 자동차의 원리│전기와 자기│
4부_ 열은 우리 생활에 어떤 영향을 미칠까
① 온도가 낮아서 열 받아!│온도와 열│
② 냉동 만두와 전도·대류·복사│열의 이동│
③ 냉각수와 바이메탈의 원리│비열과 열팽창│
5부_ 빛은 무엇을 보여주고, 파동은 어떻게 전파될까
① 물체의 색과 모습을 바꾸는 마법사│빛│
② 멀리멀리 퍼져 나가는 진동들│파동과 소리│
흔히 물놀이 튜브가 가벼울 거라고 생각하지만, 곰곰이 생각해보면 꼭 그렇지는 않아요. 유아용 튜브는 가볍지만, 해변에서 대여해주는 커다란 고무 튜브는 혼자서 들 수 없을 만큼 무겁잖아요. 이렇게 무거운데 신기하게도 물에 넣으면 둥둥 잘 뜨죠. 무거운 튜브가 뜰 수 있는 이유는 튜브에 작용하는 중력과 부력의 크기가 같기 때문이에요. 부력이 중력보다 크기 때문에 튜브가 물에 떠 있다고 생각하기 쉬운데, 그건 아니에요. 물속에 억지로 튜브를 밀어 넣으면 부력이 더 커지므로 튜브가 물 위로 떠오르죠. 그러다가 중력과 부력의 크기가 같아지면 그대로 떠 있게 돼요. -43~44쪽 중에서
볼링공과 깃털을 진공 중에서 낙하 실험한 영상은 어렵지 않게 찾아볼 수 있는데, 실험 장면을 보면 정말 놀라워요. 볼링공과 깃털이 동시에 떨어지거든요! 공기가 있을 때는 볼링공이 먼저 떨어지지만, 진공 중에서는 깃털도 볼링공처럼 빨리 떨어지죠. 공기 중에서는 깃털에 작용하는 공기 저항이 크기에 깃털이 볼링공보다 천천히 떨어지지만, 진공 상태에서는 물체에 작용하는 공기 저항이 없기에 볼링공과 깃털 모두 자유 낙하 운동을 하기 때문입니다. 자유 낙하 운동을 하는 물체는 크기나 질량에 상관없이 시간에 따라 속력이 일정하게 증가하므로 동시에 떨어지는 거예요. -68쪽 중에서
저항의 병렬연결 회로는 가정에서 흔히 볼 수 있어요. 가정에서는 텔레비전, 냉장고, 공기청정기 등 여러 전기 기구를 사용하는데, 모두 220V의 동일한 전압이 걸려요. 이는 전기 기구를 병렬로 연결하기에 가능하지요. 또한 전기 기구를 병렬연결하면 전기 기구에 따라 작동할 수 있어요. 저항을 병렬로 연결할 때는 하나의 저항이 끊어져도 다른 저항에는 전류가 흐르기 때문이에요. 그러니까 텔레비전을 꺼도 컴퓨터를 사용할 수 있는 겁니다. 만일 전기 기구를 직렬로 연결한다면 모든 전기 기구를 동시에 켜고 꺼야 하겠죠? -133쪽 중에서
만두를 전자레인지에 넣고 데우는 방법을 살펴볼게요. 이때는 전자레인지의 뜨거운 바닥을 통해 열이 전달되거나 뜨거운 공기가 나오는 것이 아니라, 전자레인지의 열이 직접 만두로 이동해요. 이처럼 열이 물질의 도움 없이 직접 이동하는 현상을 복사라고 해요. 즉, 복사는 열을 전달하는 물질이 필요 없어요. 그래서 태양에서 방출되는 복사 에너지는 진공 상태인 우주 공간을 지나서 지구로 전달되고, 그 덕분에 지구의 생물들이 적절한 온도에서 살아갈 수 있답니다. 전기난로 앞에 있거나 햇빛이 들어오는 유리창 앞에 있으면 따뜻한 이유도 복사의 형태로 열이 전달되기 때문이에요. -181쪽 중에서
프랑스의 화가인 조르주 쇠라가 탄생시킨 점묘화는 빛을 합성하면 다양한 색을 표현할 수 있다는 원리를 이용한 그림이에요. 점묘화는 가까이서 보면 수많은 작은 점으로 그렸다는 것을 확인할 수 있지만, 어느 정도 떨어진 거리에서 보면 점에서 반사된 여러 색의 빛이 합성된 것처럼 느껴지므로 부드럽고 밝은 그림으로 보이죠. 대표적인 점묘화로는 쇠라의 〈그랑드 자트 섬의 일요일 오후〉라는 작품이 있어요. -215쪽 중에서
소리는 공기를 통해서만 전달되는 것은 아니에요. 공동 주택의 위아래 집 사이에서 생기는 층간소음은 바닥과 같은 고체를 통해서 전달되지요. 또한 물속에서 음악에 맞춰 동작을 하는 싱크로나이즈드 스위밍이 가능한 것은 물속에서도 소리를 들을 수 있기 때문이에요. 이와 같이 소리는 공기뿐 아니라 고체나 액체를 통해서도 전달될 수 있어요. 하지만 소리는 매질이 필요하기 때문에 진공인 우주에서는 소리가 전달될 수 없죠. 가끔 영...화에서 우주선이 폭발할 때 폭발음이 들리기도 하는데, 사실은 아무 소리도 들리지 않아야 해요. -242~243쪽 중에서
최원석 [저]
최원석은 경북 경산에 있는 신상중학교에서 과학을 가르치는 교사이자 과학에 관한 이야기를 쉽고 재미있게 전하는 저널리스트다.
대구대학교 물리교육학과를 졸업하고 동대학원에서 물리교육으로 석사학위를 받았다.
EBS에서 과학자문을 맡았고 대한민국과학축전과 국제과학영상전에서 강연을 했으며, 과학 대중화를 위해 꾸준한 저술 활동을 펼치고 있다.
미래창조과학부와 한국과학창의재단이 수여하는 ‘2013 올해의 과학교사상’을 수상했다.
지은 책으로 《세상을 움직이는 화학》, 《광고 속에 숨어 있는 과학》, 《영화로 새로 쓴 화학교과서》 등이 있다.
《과학교사 최원석의 과학은 놀이다》를 비롯한 여러 저서가 한국과학창의재단의 우수과학도서로 선정되었다.
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