기초 물리 사전 : 개념, 용어, 이론을 쉽게 정리한 - 그린북 과학 사전 시리즈

오가와신지로

일본와세다대학교이공학부에서고분자물리학을전공하고이학석사를취득했다.현재와세다대학고등학원에서중·고등학생에게물리를가르치며,저녁에는이과교원을목표로하는대학생대상으로이과수업에관한강의를이어오고있다.학창시절알덴테로삶은파스타의내부구조를산란X선을이용해연구했고,최근에는이탈리아에서르네상스시대의회화기법과광학관계를연구했다.이처럼요리,스포츠,예술분야의물리현상을오랫동안연구하며물리공부의즐거움을알리고있다.

지은이의말

제1장여러가지힘과운동

1-1가마를멘사람중누가더힘들까?
-중력과무게중심,벡터의평형과모멘트의평형
1-2아이는엄마를도울수있을까?
-방향이다른두힘의알짜힘,힘의합성·분해·성분
1-3책장을쓰러뜨리지않고옮길수있을까?
-강체에작용하는힘의평형,수직항력,마찰력
1-4고무줄은얼마나늘이면끊어질까?
-탄성과훅의법칙,작용반작용법칙
1-5풍선으로하늘을날수있을까?
-부력과아르키메데스의원리,기체또는액체의압력
1-6어떤힘이작용하고있을까?

제2장물체의운동

2-1거북이는토끼를이길수있을까?
-위치변화량과속도,속도변화량과가속도,등속직선운동
2-2우주에서수송선의속도는얼마일까?
-상대속도,등속직선운동,등가속도운동,관성좌표계
2-3보트의속도는어느정도일까?
-벡터합성과분해,속도와속력
2-4유지방입자는왜움직일까?
-브라운운동,가속도법칙,관성법칙
2-5굴러가는연필을어떻게잡을수있을까?
-뉴턴운동제3법칙,운동방정식
2-6가방은왜움직이기시작했을까?
-관성력,관성,관성좌표계와가속좌표계
2-7공던지기시합에서이길수있을까?
-낙하운동,포물선운동,자유낙하,중력가속도
2-8무거운물체가더빨리떨어질까?
-운동방정식의응용,공기저항,종단속도
2-9어느상자가더쉽게찌그러질까?
-운동방정식의응용,작용반작용법칙

제3장열과에너지

3-1빠른공이더잘날아갈까?
-운동량,충격량
3-2추돌전속도를추측할수있을까?
-운동량보존법칙,무게중심의위치
3-3차체가딴딴하면충돌후움직임도달라질까?
-일과에너지,운동에너지,비탄성충돌과탄성충돌,에너지손실,반발계수
3-4롤러코스터는얼마나가속할까?
-퍼텐셜에너지,역학적에너지보존,일과일률
3-5지상39km에서다이빙하면어떤일이일어날까?
-만유인력,역학적에너지보존법칙,제2우주속도
3-6커피를식지않게하려면어떻게해야할까?
-열과온도,열에너지,비열과열용량,열전도와단열,대류와복사
3-7슈크림은왜부풀어오를까?
-이상기체상태방정식,절대온도,물질량,표준상태
3-8공기를주입하면타이어의온도가변할까?
-열역학제1법칙,기체상수,볼츠만상수,단열압축,내부에너지
3-9에어컨은어떻게방을시원하게할까?
-열펌프,등온변화,단열변화,단열압축,열기관의열효율
·물리의창_따뜻한집의비밀

제4장반복되는현상

4-1지구를한바퀴도는직구를던질수있을까?
-등속원운동의속도·각속도·구심가속도·구심력·주기,제1우주속도
4-2인공위성에중력이있을까?
-관성력,원심력
4-3관람차의높이는어떻게변화할까?
-단진동의변위·속도·가속도·위상·각진동수
4-4어떤운동이단순한반복운동일까?
-진자의주기,복원력
4-5소리는어떻게구별할까?
-가청음,맥놀이현상,파동의중첩과간섭
·물리의창_갈릴레오의손가락

제5장파동의특성

5-1보이기전에들을수있을까?
-파동의전달속도,종파와횡파,파면과파장,파원과매질,자연광과편광
5-2원래소리와똑같이들을수있을까?
-도플러효과,파동의속도,진동수,파장
5-3고양이는어디에숨어있을까?
-파동의회절·산란·반사,반사의법칙과허상,하위헌스의원리
5-4물고기를잘잡으려면어떻게해야할까?
-굴절의법칙,전반사의임계각과굴절률,빛의분산
5-5노안과원시의차이는무엇일까?
-볼록렌즈,오목렌즈,초점거리,실상,허상
5-6귓구멍은얼마나깊을까?
-정상파,진행파,고유진동수,공명,자유단반사·고정단반사
5-7빛이파동이라는증거는무엇일까?
-빛의회절과간섭,영의간섭실험,회절격자,브래그조건
5-8빛이약해지는데는한계가있을까?
-광양자설,광전효과,콤프턴효과,파동과입자의이중성,플랑크상수,전자의파동성,물질파
·물리의창_그림에나타난과학적기법

제6장전기와자기

6-1번개는떨어질까,올라갈까?
-정전기유도,기본전하량,정전기력과전기장·전위,가우스법칙,쿨롱법칙
6-2전지에는무엇이저장되어있을까?
-전기회로,키르히호프의법칙,전압강하,줄열,소비전력,전기저항,옴의법칙,자유전자모형
6-3터치스크린은어떻게작동할까?
-축전기,정전기유도,정전기차폐,유전체,유전분극
6-4나침반없이어떻게방향을알수있을까?
-자기장,지구자기,자기선속밀도,로런츠힘,홀효과,모터,전류를만드는자기장,투자율
6-5IC카드의전원은어디에있을까?
-전자기유도,자기유도·상호유도,렌츠법칙,패러데이법칙,유도기전력,맴돌이전류
6-6전기요금은어떻게계산할까?
-교류발생과주파수,변압기,교류회로의성질,전자기파발생,반도체,다이오드
·물리의창_카프리섬의푸른동굴

제7장원자핵의구조

7-1원자를처음본사람은누구일까?
-원자구조,동위원소,에너지준위,방출스펙트럼·흡수스펙트럼,고유X선
7-2원자핵에서에너지를얼마나추출할수있을까?
-질량에너지등가원리,질량결손,핵분열,핵융합,결합에너지,전자볼트
7-3방사선으로부터몸을보호할수있을까?
-방사성동위원소,방사능,방사선,반감기,방사성붕괴,이온화작용
·물리의창_올바른핵에너지이용

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청소년,과학분야스테디셀러,그린북과학사전시리즈신간

오늘날자연과학의근간이되는물리의필수지식을한권으로알차게담아낸교양과학서가출간되었다.그린북‘과학사전’시리즈의일곱번째책《개념,용어,이론을쉽게정리한기초물리사전》이다.수많은독자의호응을얻으며청소년,과학베스트셀러로자리매김한과학사전시리즈의장점그대로,유용한과학지식을체계적으로전한다.이책의집필목적인‘물리학을배워서실제현상에서어떤법칙을배우는것’은단순한과학공부를넘어세상을새로운시각으로바라보고참신한아이디어를얻는원천이된다.물리교과서에등장하는개념말고도흥미로운법칙과이론들이가득해과학적호기심과궁금증을말끔히해소시켜준다.차례차례소개되는내용들이꼬리에꼬리를물고이어지는구성도흥미를더욱북돋는다.

이책은색다른질문을던지는것으로시작한다.하늘을나는데필요한풍선의개수,지구를한바퀴돌게야구공을던지는법처럼엉뚱한질문부터슈크림이부풀어오르는이유나책상에서굴러가는연필을잡는법까지한번쯤궁금했을법한사소한생각도물리현상으로알차게풀어낸다.물리의기본을다지려는중·고등학생부터물리의즐거움을다시한번느끼고픈성인독자까지재미있게읽을수있다.또한교사라면수업내용과연계하기에도좋다.교과서의참고도서로도,교양과학책으로도손색없는물리교양서《기초물리사전》으로즐거운물리공부를시작해보자.

물체의힘과운동부터핵융합과방사능까지,물리기초상식을한권에!

1장‘여러가지힘과운동’에서는중력,수직항력,마찰력,부력등물체에작용하는여러힘을살펴본다.벡터와모멘트,힘의합성·분해·성분,알짜힘등물리학습에앞서알아두어야할기본개념을익힐수있다.또한작용반작용법칙,아르키메데스의원리와같이친숙한용어를고무줄을늘일때와풍선으로하늘을나는방법등재미있는예를통해배울수있다.

2장‘물체의운동’에서는등속직선운동,등가속도운동,포물선운동등물체의움직임을설명하는운동들을알아본다.예컨대거북이와토끼의경주에서는두동물의속도를속도-시간그래프로구성하여이동거리를계산하고,속도-시간그래프와위치-시간그래프의기울기를통해속도와가속도를찾아내결국거북이가토끼를따라잡는거리를알수있다.이는곧등속직선운동에관한설명으로이어진다.

3장‘열과에너지’에서는물체의운동을더욱깊이탐구하면서두자동차의충돌,롤러코스터의가속,지상39km에서의다이빙등범위를크게넓혀본다.또한이책에서‘과학세계의화폐’라고부른에너지를기준으로다양한운동을살펴보고,이를열전도,대류,복사등열의움직임으로도들여다본다.커피가덜식는방법,에어컨의냉방원리등일상의궁금증도해결할수있다.

4장‘반복되는현상’에서는등속원운동,단진동과같이물체의반복된움직임을알아본다.일정한속도로회전하는운동을일컫는등속원운동을알아두면인공위성이추락하지않고지구주위를도는속도와관람차의높이에따른속도변화를계산해볼수있다.또한파동의중첩과간섭을통해이어폰의노이즈캔슬링기능도이해할수있다.

5장‘파동의특성’에서는파동의기본구조를파악하고파동의종류인종파와횡파,그리고소리와빛의원리를배워본다.도플러효과,하위헌스의원리,콤프턴효과,영의간섭실험,아인슈타인의광양자설등수많은과학자가발견한개념들을소개하며구급차의사이렌소리가위치마다다르게들리는이유,고양이의울음소리로방안어디에숨어있는지찾아내는법,물속물고기를제대로잡는방법등다채로운질문을던진다.

6장‘전기와자기’에서는정전기력,전기장,전기회로,정전기유도,로런츠힘등전기및자기에관한여러개념을차근차근알아본다.IC카드가입력되는원리,전기가각가정에전해지는방식과전기요금계산방법등전기상식을배우는기회가될것이다.

마지막으로,7장‘원자핵의구조’에서는핵분열이나핵융합으로잃은질량만큼에너지가방출되는‘질량에너지등가원리’를살펴보고무시무시한수소폭탄과핵무기의원리,그리고방사선의위험성을짚어본다.

물리학으로현상을이해하면미래가보인다

최근스페이스X의대형우주선발사는왜실패했을까?세상의수많은일을물리로알아보면더욱재미있다.물리는우리주변을이루는가장기초적인과학이자힘,운동,에너지와같이숨어있는현상부터빛,소리,전기와같이생활에서경험하는것까지많은분야를아우른다.‘물리학을배워세상을바꾸자’고강조한일론머스크의말처럼,물리는미래의모든분야에서혁신의토대를제공하고있다.

이책은깊이있는물리공부를원하는독자를위해운동방정식,상태방정식,기체상수등으로원리를설명하고끝부분에는‘문자식을사용한관계식’코너로다시한번정리한다.또한주요개념을여러목차를통해점차확장하는방식으로설명함으로써복습하듯익힐수있다.장말미에마련한‘물리의창’코너에서는앞서다룬내용을저자가겪은일화로흥미롭게소개한다.

중·고등학생부터대학생까지다양한사람을대상으로물리를가르쳐온저자는독자들이물리에대한관심을이어나가면서꾸준히배울수있도록많은노력을기울였다.가령슈크림이부풀어오르는이유를설명할때등장한보일-샤를의법칙은곧이어등장하는열역학제1법칙을이해하는바탕이된다.이처럼이책을통해학생이라면교과서밖의내용으로생각의폭을넓히고,어른이라면학교에서배운물리학을깊이탐구해볼수있다.고도의과학발전으로물리학의중요성이더욱커지는요즘,‘개념,용어,이론을쉽게정리한’《기초물리사전》은물리를제대로이해하고응용하는데도움을줄것이다.

추천사

톡톡튀는질문에숨어있는물리현상을쉽고즐겁게탐구해보자

우리주변에는평소깊이있게인식하지못하지만다양한물리현상이존재하고있다.이책은우리가꼭알아야할물리기초지식을물리교과서와연관시켜풍성하게소개한다.중력부터파동,전기,원자핵까지익숙한내용을일반적인관점에서자세히짚어주기도하고,새로운관점에서신선하게풀어내기도한다.또한수식을통해여러가지법칙과공식을정확히알려주고자노력한점도인상적이다.덕분에물리학을배우는학생부터물리학에관심있는일반인까지즐겁게정독할수있다.특히교사입장에서는수업시간에교과내용과연계하여실생활의경험을과학적으로설명하기에좋은재미있고흥미로운사례가많다.이책을통해생활속에서경험하는물리현상을이해하고,이에대한궁금증을해결할수있을것이다.
-정광훈(물리학자,국립과천과학관연구관)