이 책은 위아래가 뒤바뀐 추나 파울의 트랩처럼 까다로운 주제뿐 아니라, 화재 때 물이 어떤 구실을 하고 모래성을 짓기 위해 왜 젖은 모래를 사용해야 하며 돌멩이가 어떻게 물 위에서 튀어 오르는지 등 가볍고 흥미로운 내용도 함께 다루고 있다. 또한 테라헤르츠파나 음향 솔리톤 같은 최근의 연구 성과까지도 소개하고 있다.
출판사 서평
물리학은 수식을 푸는 학문인가, 자연현상의 이치를 깨우치는 학문인가
아마도 고등학교 때 물리 수업을 들어본 사람들은 공감하지 않을까. (물론 물리를 아주 좋아했던 몇몇을 제외하고.) 이해하기 어려운 무수한 법칙과 알 수 없는 공식들을 외우느라 머리가 아팠고, 칠판에 빽빽하게 문제를 풀어주던 선생님의 모습은 아득하기만 했고, 그걸 공책에 옮겨 적으면서도 무슨 말인지 몰랐고, 순간 멍해지면서 고개가 꺾이기도 했을 것이다.
과학의 대중화 바람으로 가장 혜택(?)을 입은 분야라면 수학과 물리학을 들 수 있다. 과학 교육의 중요성이 ...
물리학은 수식을 푸는 학문인가, 자연현상의 이치를 깨우치는 학문인가
아마도 고등학교 때 물리 수업을 들어본 사람들은 공감하지 않을까. (물론 물리를 아주 좋아했던 몇몇을 제외하고.) 이해하기 어려운 무수한 법칙과 알 수 없는 공식들을 외우느라 머리가 아팠고, 칠판에 빽빽하게 문제를 풀어주던 선생님의 모습은 아득하기만 했고, 그걸 공책에 옮겨 적으면서도 무슨 말인지 몰랐고, 순간 멍해지면서 고개가 꺾이기도 했을 것이다.
과학의 대중화 바람으로 가장 혜택(?)을 입은 분야라면 수학과 물리학을 들 수 있다. 과학 교육의 중요성이 강조되면서 청소년을 대상으로 한 수학과 물리학을 비롯한 과학 서적들이 봇물처럼 쏟아져 나왔고, 그 덕분에 아인슈타인의 E\u003dmc2이나 리처드 파인만의 이론 등 쉽지 않은 내용들이 책으로 나와 꽤 인기를 끌기도 했다.
그럼에도 불구하고 고등학생들이 가장 싫어하는 과목이 물리이고, 이공계 기피 현상은 더욱 심화되고 있다. 그들에게 물리학은 여전히 공식을 외우고 그 공식에 숫자를 대입해 문제를 푸는 과목일 뿐 우리 일상과는 먼 학문이다. 만물의 이치를 깨우치는 학문이라는 물리학의 본성은 잊힌 지 오래다. 하지만 시야를 넓혀 우리 주위를 관찰해보면 그 안에 무수한 물리 법칙들이 숨어 있고, 만물의 이치가 깃들어 있음을 알 수 있다.
몇 해 전부터 이공계 입시에도 논술이 도입되었다. 문제 풀이만을 열심히 익힌 우리 학생들에게는 곤혹스러운 일이 아닐 수 없다. 불을 끌 때 물이 어떤 구실을 하는지, 눈송이가 어떻게 만들어지고, 어떻게 돌멩이가 물 위로 튀어 오르며, 자전거가 균형을 이루는 이치가 무엇인지 등 우리 주위에서 일어나는 일들에 관심을 기울일 새 없는 그들에게 그러한 일들을 물리 법칙으로 풀어내는 일은 쉽지 않을 게 분명하다.
물리학은 단순히 수식을 푸는 계산이 아니다. 그것은 이해를 돕는 부차적인 방법이고 하나의 과정일 뿐이다. 궁극적으로 물리학이란 자연현상의 이치를 깨우치는 학문이고, 따라서 문제 풀이 이전에 자연의 섭리를 이해하고 원리를 깨우치는 것이 중요하다.
이 책은 물리학의 본성에 근접하고, 우리 앞에 놓인 문제의식에 부응하는 책이다. 그냥 소설처럼 편안하게 읽어도 좋고, 좀더 깊이 알고 싶다면 수식을 이끌어내 검증을 해봐도 좋다. 소설처럼 읽든 수식으로 검증을 하든 놀라운 자연현상에 감탄을 금치 못할 것이다. 그러면 물리학은 좀더 흥미로운 학문이 되지 않을까.
▶이 책의 내용
이 책은 위아래가 뒤바뀐 추나 파울의 트랩처럼 까다로운 주제뿐 아니라, 화재 때 물이 어떤 구실을 하고 모래성을 짓기 위해 왜 젖은 모래를 사용해야 하며 돌멩이가 어떻게 물 위에서 튀어 오르는지 등 가볍고 흥미로운 내용도 함께 다루고 있다. 또한 테라헤르츠파나 음향 솔리톤 같은 최근의 연구 성과까지도 소개하고 있다.
물이 오히려 더 큰 화재를 일으킬 수 있다고?
즐거운 바비큐 파티를 위해 즉석에서 화덕을 만들었다가 방심하는 바람에 나무에 불이 옮겨 붙었다면 어떻게 해야 할까? 연료가 다 떨어져 저절로 불이 꺼지기를 기다릴 수 있고, 불길을 잡기 위해 모래로 덮거나 물을 뿌려가며 뜨거운 열기를 식힐 수도 있다. 화재는 가연성 물질(연료)과 조연성 물질이 서로 화학 반응을 일으켜 방출한 열에 의해 자체적으로 그 반응이 유지되면서 발생한다. 가연성 물질, 조연성 물질, 열 중 한 가지 요소만 부족해도 연소가 중단되기 때문에 화재 진압에 위 세 가지 방법이 주효하다.
불을 끄기 위해 열을 식히는 것이 왜 그토록 효과적일까? 열로 인해 연소의 화학 반응이 일어나고, 한편으로는 열이 가연성 물질을 방출해 불길을 지속시키기 때문이다. 따라서 세차게 번져가는 화재를 진압하기 위해서는 불의 온도가 상승하는 속도보다 빨리 온도를 낮춰야 한다. 이때 불을 끄는 데 효과적이라고 알려진 물을 이용하면 된다. 물은 모든 천연 물질 중 열용량이 가장 뛰어나며, 모든 액체 중에서 기화열이 제일 크다.
그러나 간혹 실내 화재에서는 이것으로 충분하지 않을 수 있다. 밀폐된 공간에서는 열과 연기가 쉽게 빠져나가지 못해 불이 확산되면서 갑자기 성질이 바뀔 수 있기 때문이다. 방 안에서 불이 번질 때, 온도가 높아지면서 열에 노출된 물건들은 적외선 복사로 방 곳곳에 에너지를 전달한다. 열분해로 연기나 뜨거운 가연성 가스가 방출되어 천장 아래에 쌓이고, 천장 아래 온도는 섭씨 300도에 이른다.
이어 걷잡을 수 없는 상황이 전개되어 눈 깜짝할 사이에 무시무시한 플래시오버 현상이 일어나 방 전체에 불길이 번지고, 실내 온도는 약 섭씨 1000도에 이른다. 어떻게 이런 유형의 참변을 피할 수 있을까? 물을 지나치게 사용하면 뜨거운 증기가 너무 많이 만들어져 연기와 가연성 가스들이 방 밖으로 빠져나가게 된다. 이 연기와 가연성 가스는 선선한 공기를 만나면 즉시 타오르게 된다. 따라서 전소를 피하기 위한 최선의 방법은 물을 조금씩 단속적으로 여기저기 뿜어대면서 가스를 냉각시키는 것이다. 냉각된 가스가 압축되어 생성된 증기를 전반적으로 상쇄하고, 주변의 뜨거운 가스가 흡착되면서 전체 공간의 압력이 낮아진다. 그렇게 하면 뜨거운 가스가 빠져나가 외부로 불길이 번지는 것을 막고 최선의 시야를 확보할 수 있다.
테라헤르츠선: X선에 강력한 경쟁자가 나타났다
방사선과 의사들에게는 더없이 소중한 X선에 대단한 경쟁자가 나타났다. 강력한 맞수는 바로 테라헤르츠파, 이른바 T선이다. 라디오파와 적외광 사이에 있는 이 전자기파를 이용해도 물질을 투시할 수 있다.
그런데 T선에는 특별한 것이 아무것도 없다. X선, 가시광선이나 마이크로파들과 마찬가지로 T선은 전기마당과 자기마당이 조화를 이루어 함께 진동하고 서로 유도하면서 빛의 속도로 확산되는 전자기파이다. 차이점은 주파수 대역으로, 테라헤르츠파는 라디오파와 적외광의 주파수 사이 0.3～10테라헤르츠에 위치한다.
테라헤르츠파에는 이점이 많은데, 먼저 테라헤르츠 광자는 에너지가 미미해 물질과 거의 상호작용을 일으키지 않아 흡수율이 아주 낮다. 또 라디오파와 마찬가지로 물질을 통과할 수 있다. 그래서 직물, 플라스틱, 세라믹, 벽돌 등 다양한 소재들이 테라헤르츠선에 투명하다. 금속과 물만 유일하게 테라헤르츠선을 차단할 수 있으며 안개를 통과하고, 생체 조직을 몇 밀리미터 정도 뚫고 들어갈 수 있다.
그 밖에 라디오파와 달리 우리 눈에 거의 회절되지 않는다. 테라헤르츠파는 파장에 비해 크기가 큰 입구를 통과할 때 분산되지 않는 것이다. 파장이 밀리미터 단위 이하이기 때문에 보통 크기의 물체는 테라헤르츠파를 거의 교란시키지 못한다. 따라서 T선은 빛과 같이 직선으로 확산된다. 렌즈로 T선의 초점을 맞추면 영상을 만들어낼 수 있다. 그렇게 해서 상자를 열어보지 않고 안에 들어 있는 성냥의 개수를 셀 수 있고 접은 신문같이 미심쩍은 종이 안의 내용물을 확인할 있으며, 충치를 삼차원 영상으로 볼 수 있다.
누가 가장 멋진 모래성을 지을 수 있을까
조약돌, 설탕같이 알갱이로 이루어진 소재는 액체와 고체의 속성을 모두 갖는 이중성을 보인다. 대륙들이 침식을 거듭한 후 거의 최종 단계에 만들어진 것이 바로 모래 알갱이다. 해변의 모래 알갱이들은 결정 형태의 규토로 이루어져 있으며, 그 크기는 20마이크로미터～2밀리미터에 이른다.
마른 모래 더미가 안정된 상태일 때, 알갱이들 간에 마찰이 작용해 자체 무게가 지탱되어 더 이상 흘러내리지 않는다. 그렇지만 임계 경사도를 넘으면 불안정한 구조를 보인다. 모래 더미 표면의 알갱이는 다른 알갱이들과 제대로 결합하지 못해 경사면을

목차
서문:클로드 코엔타누지
눈꽃: 육각형 눈 결정과 여전히 풀리지 않는 눈의 신비
원형으로 배열된 암석: 자연이 만든 ‘스톤헨지’의 비밀
냉각 혼합물: 냉장고에 꼭 필요한 아주 효과적인 냉매
냉기에서 나온 열기: 온도가 더 낮은 곳에서 열을 흡수하는 놀라운 장치
물과 불: 물이 오히려 더 큰 화재를 일으킬 수 있다?
검은색 옷을 입는 베두인족: 사막의 유목민들은 왜 검은색 옷을 입을까
광압: 빛이 비행기와 우주선의 동력이 된다?
편광 오징어: 어떻게 편광을 감지할까
거울 효과: 수면 안테나로 메시지를 포착하는 전략 잠수함
선별 반사: 비눗방울이 펼치는 색채의 마술
파속과 광속: 새로운 유형의 레이더와 광원을 이용한 영상 프로젝터
테라헤르츠선 촬영 때 부끄러워하지 마라!: X선에 강력한 라이벌이 나타났다
형태가 유지되는 파: 초고속 대용량 광통신의 숨은 주역, 광솔리톤
지진파와 모호면: 지구 내부는 어떤 구조로 되어 있을까
자기 기억 암석: 자기마당 정보를 이용한 화산암의 연대 측정법
자기 방호판: 우주에서 날아드는 입자로부터 지구를 지켜주는 방패
집 안에서 일어나는 방전: 복사기와 우주선에 적용되는 ‘마찰전기’ 현상
터키 커피를 원심 분리하라!: 아인슈타인과 브라운 운동
하늘을 수놓은 300개의 불꽃: 불꽃으로 하늘에 숫자와 글자를 새기다!
접착력: 자유자재로 벽을 타는 게코도마뱀과 판데르발스의 힘
수분 흡착기: 습기 쏙, 물 먹는 염화칼슘과 실리카젤
젖은 모래성: 누가 가장 멋진 모래성을 지을 수 있을까
다시 튀어 오르거나 깨지거나!: 타이타닉호가 침몰한 까닭은?
완벽한 고정: 고체 마찰력과 쿨롱의 법칙
바이올린과 경첩: 음향 효과에 숨겨진 물리학
보조보조의 원리: 저절로 돌아가는 회전 날개의 비밀
위아래가 뒤바뀐 추의 수수께끼: 노벨 물리학상 수상자 볼프강 파울의 이온 트랩
이제 돌을 이용한 에너지 시대가 온다: 지각 평형설과 판구조론으로 재생 가능한 에너지
물수제비뜨는 기술: 4톤이 넘는 폭탄이 수면 위에서 튀어 오른다?
유속의 차이: 완류인가 급류인가, 마하의 수에 해당하는 ‘프루드 수’
물고기의 영법: 탁월한 수영 실력을 자랑하는 물고기의 비밀
자전거의 균형: 넘어지지 않으려면 앞으로 나아가라!
인간의 힘으로 작동하는 헬리콥터: 2만 달러의 상금이 걸린 프로젝트는 과연 성공할 수 있을까
더 빨리 더 높이 더 힘차게: 육상 경기 세계 신기록의 비밀
경이로운 활쏘기 기술: 오랜 세월 활이 사랑받아온 이유
화살을 따라가보자: 과녁 정중앙에 꽂히는 화살의 비밀
회전력이 강한 공의 기술: 베컴이 차는 절묘한 프리킥의 비밀
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참고문헌