아는 만큼 보이는 세상 : 물리편

가와무라야스후미

물리학과를졸업하고교육대학원에서일어교육을전공했다.재미가일이되고일이재미가되는삶을꿈꾸며,재미있고의미있는작품을기획,검토및소개하는일에힘쓰고있다.현재소통인(人)공감에이전시에서도번역가로서활동중이다.옮긴책으로『종교의흑역사』,『아는만큼보이는세상:물리편』,『같은소재도전혀다른이야기가되는글쓰기매뉴얼』,『마지막산책』,『대중을사로잡는장르별플롯』,『100세까지의독서술』,『누구나혼자인시대의죽음』,『왜케이스스터디인가』등이있다.

감수의글_김범준(성균관대학교물리학과교수)
들어가는글

CHAPTER1.과학은눈앞의호기심에서출발한다_빛

노을은왜붉을까?·빛의산란
구름은흰색이아니라고?·빛의산란
바닷물은투명한데바다는왜파랄까?·빛의반사와산란
하늘의색이시시각각변하는때가있다·빛의반사와산란
어두운동굴에서도바다가파란이유·빛의반사와산란
거울처럼비추는호수가있다고?·빛의반사
등대불빛이아주멀리까지가는이유·빛의직진
무지개를비온뒤에만볼수있는이유·빛의분해
환상적인신기루의정체·빛의굴절과위신기루
오메가태양이나타나는이유·빛의굴절과아래신기루
마른땅위에서물이보인다고?·빛의굴절과아래신기루

CHAPTER2.가장부드럽지만가장강한힘이만들어낸세상_물

파도는'이것'이만들어낸다·풍랑과파동
거대한빙산이어떻게바다위에떠있는걸까?·부력
얼음이솟아나는길의비밀·얼음의팽창과수축
겨울산의얼음나무들은어떻게만들어진걸까?·과냉각
공기중에서다이아몬드처럼빛나는것의정체·승화
아름다운눈결정에담긴비밀·수소결합
얼음표면은왜미끄러울까?·물막
강물이계곡을깎았다고?·침식작용과운반작용
나이아가라폭포의에너지는얼마일까?·위치에너지와운동에너지
물방울에는왜세모,네모모양이없을까?·표면장력
수압이일으키는인체의변화·헨리의법칙
마치꼬리같은비행운의정체는?·포화수증기량
상어는어떻게그렇게빠른걸까?·리블렛구조

CHAPTER3.눈에보이지않는힘으로가득한세상_공기

비행기가하늘을날수있는단하나의이유·양력
왜연은당길수록높이날까?·힘의평형
공기에무게가있다고?·기압
맛있는커피를내리는데도물리의비법이숨어있다·기압의변화
고속열차의앞코는왜뾰족하게튀어나왔을까?·공기저항
헬리콥터는어떻게하늘을나는걸까?·양력과작용?반작용
태풍이오른쪽으로만이동한다고?·코리올리의힘
위협적인토네이도의비밀·상승기류와하강기류
나뭇잎이팔랑팔랑떨어지는이유·공기저항
굴뚝의흰연기는왜금세사라질까?·수증기의응축
비행기가날때깔때기구름이생기는이유·수증기의응축
구름이만들어지는단세가지단계·응축과단열팽창
더읽어보기···구름의대표적인형태10가지

CHAPTER4.가장짜릿하고도강력한힘이만든세상_열

아름다운오로라는어떻게만들어질까?·자기장과플라스마
태양빛을전기로바꾸는원리·빛에너지의변환
바람의힘을전기로바꾸는원리·전자기유도
물의힘을전기로바꾸는원리·위치에너지의변환
비닐랩은왜그렇게달라붙을까?·반데르발스힘
태양빛에는빛만있는게아니라고?·전자기파
왜바닷물은모래사장만큼뜨거워지지않을까?·비열
뜨거운열만있으면하늘을날수있다고?·열에너지와기체의밀도
하늘을가로지르는1억볼트의번개·정전기
우주에서정보를보내는GPS의원리·전파
아름다운다이아몬드는어떻게만들어질까?·온도와압력
더읽어보기···다양한보석의원석

CHAPTER5.신비한생명의비밀이가득한세상_지구

별은얼마나멀리떨어져있을까?·연주시차
'이곳'에가면몸무게가1/6이된다고?·보편중력
국제우주정거장(ISS)은왜떨어지지않을까?·수평으로던진물체의운동
화석이태고의지구를아는실마리가되는이유·압력과화석화작용
지구에균열이생겼다고?·맨틀대류
뜨겁고새빨간마그마의정체·맨틀과압력
지구는언제부터끊임없이돌고있었을까?·관성
밀물과썰물이생기는이유가달때문이라고?·인력과원심력
달은초승달일때도동그란모양이라고?·달의공전

CHAPTER6.환상적인수수께끼로가득한미지의세상_우주

밤하늘에서떨어지는유성의정체·마찰열과단열압축
우주에뚫린검은구멍,블랙홀·초신성폭발
드넓은우주에서지구는어디쯤에있을까?·우리은하
우주의나이는몇살일까?·빅뱅
스트로베리문의비밀·빛의반사
가장거대한달,슈퍼문·근지점
우주선은얼마나빠를까?·속도
태양과달의환상적만남·일식
크레이터는어떻게생겨난걸까?·충돌에너지와운동에너지
로켓을우주로날려보내는물리의비법·작용과반작용
우주의탄생에관한비밀을가진입자가있다고?·중성미자

CHAPTER7.과학이우리에게준선물들_생활

불꽃의소리는왜한박자늦게들릴까?·소리의속도
기둥이없어도무너지지않는아치형다리의비밀·작용과반작용
여러줄의케이블로지지하는사장교의원리·인장력
두줄의케이블로지지하는거대한다리의비밀·인장력과힘의합성
롤러코스터에서는왜거꾸로뒤집혀도떨어지지않을까?·원심력과중력
스키점프선수가안전하게착지하는물리적비법·충격량과반발계수
그네를잘타는물리비법·공명원리
양초는심지만타는게아니라고?·모세관현상
아름다운야경을만드는전구와LED의비밀·백열화,반도체의양공?전자
지평선에서는몇킬로미터앞까지보일까?·피타고라스의정리
탄환이휘지않고똑바로날아가는이유·자이로효과
투석기는어떻게돌을멀리날리는걸까?·지레의원리
힘이없어도'이것'만있으면다들어올린다고?·고정도르래와움직도르래
눈에보이지않는미시세계를엿보는방법·전자의투과와반사

참고문헌

과포자가된학생,아이의엉뚱한질문에쩔쩔맨부모…
나의이야기같다면!
과학,특히‘물리’라는말을들으면어떤생각이떠오를까?많은사람이‘지루하다’,‘공식이복잡하다’,‘이해하기어렵다’등등부정적인인상을가장먼저떠올릴것이다.하지만이런생각이‘교과서’로‘시험문제’를풀기위해물리를배웠기때문에생긴편견이라면어떨까?나를과포자로만든것이사실은‘물리’가아니라‘시험’이라는것이다.

모두의과학적상식을책임지는세상에서가장쉬운물리책
영국의생물학자인토마스헉슬리는“과학은그저잘다듬어정리한상식에불과한것으로,과학과상식의차이는베테랑과초심자의차이일뿐이다.”라고말하였다.그의말처럼,주변에널린자연과일상의물리학들은사실그렇게어렵지않다.
만약우리가길을걷다마음에쏙드는노란색옷을발견했다고가정해보자.여기서그저‘노란색이예쁘네’까지만생각하고지나치는것과,‘노란색이예쁘네.그런데저옷은어떻게노란색으로보이는걸까?’라고한번더생각해보는것은다르다.바로이‘그런데’에과학적사고가녹아있는것이다.
세상모든색을보는데는‘빛의반사’라는원리가숨어있다.이원리가어려운거라는생각이든다면다음이야기를잘읽어보기를바란다.사실누구나무지개를통해태양빛속에빨간색,주황색,노란색등등다양한색이섞여있다는것을알고있다.노란색옷은태양빛속여러색중노란색만을튕겨내고다른색의빛을모두흡수한결과일뿐이다.이처럼물리는사실,알고나면그렇게어렵지않다.

빛,물,공기,열,지구,우주,생활
7가지키워드로들여다보는세상거의모든과학!
이책에서는나의주변에서쉽게접할수있는자연과일상의질문들을총7가지키워드로나누었다.
첫번째‘과학은눈앞의호기심에서출발한다’는빛과관련한물리이야기이다.우리의눈이색깔을구분할수있도록하는빛의반사와산란,분해,굴절등에대해쉽게설명해준다.
두번째‘가장부드럽지만가장강한힘이만들어낸세상’은물과관련한물리이야기이다.부드러운감촉의물,반짝이며빛나는얼음,산도깎아내는힘에관해설명한다.
세번째‘눈에보이지않는힘으로가득한세상’은공기와관련한물리이야기이다.거대하고무거운비행기나헬리콥터가하늘높이날수있는이유부터시작해구름이만들어지는단세가지과정,그리고맛있는커피를내리는데활용할수있는물리비법까지알려준다.
네번째‘가장짜릿하고도강력한힘이만든세상’은열과관련한물리이야기이다.또한전기와관련한물리도함께담았다.누구나아름답다고생각하는오로라는어떻게생기는건지,번개가치는이유는무엇인지,다이아몬드는대체어떻게만들어지는건지흥미로운현상의핵심을설명한다.
다섯번째‘신비한생명의비밀이가득한세상’은지구를,여섯번째‘환상적인수수께끼로가득한미지의세상’은우주의물리를이야기한다.지구에서별까지는얼마나먼것인지부터시작해우주속지구의위치,나아가로켓을우주로날려보내는물리비법까지꼼꼼하게담았다.
마지막으로‘과학이우리에게준선물들’에서는생활속에서만나는물리를담았다.불꽃이터지는소리가한박자늦게들리는이유,가는케이블로지지하는거대한다리들의원리,그리고그네를잘타는물리비법까지알차게알려준다.

아직보지못한세계로향하는첫걸음
SF의전설로불리는작가아이작아시모프는“과학에서새로운발견을알리는가장신나는표현은‘유레카!(찾았다)’가아니라‘그거재미있네!’이다.”라고말했다.이제까지우리가편견을가지고있던물리는잊어라!진짜물리의재미는놀이동산의360도회전하는롤러코스터와같이짜릿하고,모세가바닷물이가른것처럼갈라지는바닷길등신기하면서도낯설지않은현상들에숨어있다.
이책을통해어릴적누구나한번쯤은궁금해했던질문들에대한답을찾는시간,호기심이많은아이의질문에속시원하게설명하는뿌듯함,물리란이렇게쉽고재미있다는사실을알아가는경험을얻어가기를바란다.

책속에서

액체는형태를자유롭게바꿀수있지만어느정도뭉치려는성질이있습니다.각물질의분자들이서로끌어당기는‘분자간힘’을가지고있기때문입니다.유체처럼움직이는물질은분자간힘이표면의면적을되도록작게만들려는방향으로작용하는데,이힘을계면장력이라고합니다.액체일때는표면장력이라고합니다.물은액체중에서도표면장력이큽니다.
표면이울퉁불퉁한잎이물을튕겨내고,표면장력에의해물방울이동그래집니다.연잎에맺힌물방울을생각해봅시다.연잎표면에는많은미세한돌기가있어연잎위의물방울은돌기위에떠있는형태가됩니다.이로인해표면에접촉하는면적이아주작아지면서표면장력이커집니다.또돌기와물방울의접촉각이크므로표면장력때문에동그란물방울을만듭니다.
---「‘물방울에는왜세모,네모모양이없을까’」중에서

비행기는날개가받는양력덕분에하늘을날수있습니다.날개의단면을보면보통위쪽은볼록하게나와있고아래쪽은상대적으로평평합니다.비행기가앞으로움직일때,날개앞부분에부딪힌공기는날개의위쪽과아래쪽으로나뉘어흐르게됩니다.이때날개위쪽을지나는공기는상대적으로경로가길기때문에공기의속도가빨라집니다.그러면공기의속도가빠른날개의위쪽은공기의속도가느린아래쪽보다공기의밀도가낮아집니다(기압이낮음).
힘은압력이높은곳에서낮은곳으로작용하므로,공기의밀도가높은(기압이높음)아래쪽에서날개위쪽방향,즉아래쪽에서날개를들어올리려고하는힘이작용합니다.이힘을양력이라고합니다.양력은날개의면적이크고날개에부딪히는공기의속도가빠를수록커집니다.즉,날개의형태가기압차이를만들면서발생하는양력이비행기를띄우는것입니다.
---「‘비행기가하늘을날수있는단하나의이유’」중에서

아치형돌다리는지지대가없어보기에는불안해도쉽게무너지지않습니다.다리를구성하는돌을하나하나살펴보면단면이사다리꼴모양입니다.이것이핵심입니다.
돌은중력(무게)때문에아래로떨어지려고하지만,양옆에있는돌도사다리꼴이므로떨어지는힘이분산됩니다.즉,중력이양옆의돌을미는힘으로분해되는것입니다.
하나의돌은양옆의돌과서로밀고(작용)밀리면서(반작용)자신의무게를지탱합니다.각각의돌이양옆의돌과서로밀고있으며,최종적으로는양끝의지면이돌다리를지탱합니다.
---「‘기둥이없어도무너지지않는아치형다리의비밀’」중에서