아는 만큼 보이는 세상 : 물리 편

감수의 글 _ 김범준(성균관대학교 물리학과 교수)
들어가는 글

CHAPTER 1. 과학은 눈앞의 호기심에서 출발한다 _ 빛
노을은 왜 붉을까? • 빛의 산란
구름은 흰색이 아니라고? • 빛의 산란
바닷물은 투명한데 바다는 왜 파랄까? • 빛의 반사와 산란
하늘의 색이 시시각각 변하는 때가 있다 • 빛의 반사와 산란
어두운 동굴에서도 바다가 파란 이유 • 빛의 반사와 산란
거울처럼 비추는 호수가 있다고? • 빛의 반사
등대 불빛이 아주 멀리까지 가는 이유 • 빛의 직진
무지개를 비 온 뒤에만 볼 수 있는 이유 • 빛의 분해
환상적인 신기루의 정체 • 빛의 굴절과 위신기루
오메가 태양이 나타나는 이유 • 빛의 굴절과 아래신기루
마른 땅 위에서 물이 보인다고? • 빛의 굴절과 아래신기루

CHAPTER 2. 가장 부드럽지만 가장 강한 힘이 만들어 낸 세상 _ 물
파도는 '이것'이 만들어 낸다 • 풍랑과 파동
거대한 빙산이 어떻게 바다 위에 떠 있는 걸까? • 부력
얼음이 솟아나는 길의 비밀 • 얼음의 팽창과 수축
겨울산의 얼음나무들은 어떻게 만들어진 걸까? • 과냉각
공기 중에서 다이아몬드처럼 빛나는 것의 정체 • 승화
아름다운 눈 결정에 담긴 비밀 • 수소 결합
얼음 표면은 왜 미끄러울까? • 물막
강물이 계곡을 깎았다고? • 침식 작용과 운반 작용
나이아가라 폭포의 에너지는 얼마일까? • 위치 에너지와 운동 에너지
물방울에는 왜 세모, 네모 모양이 없을까? • 표면 장력
수압이 일으키는 인체의 변화 • 헨리의 법칙
마치 꼬리 같은 비행운의 정체는? • 포화 수증기량
상어는 어떻게 그렇게 빠른 걸까? • 리블렛 구조

CHAPTER 3. 눈에 보이지 않는 힘으로 가득한 세상 _ 공기
비행기가 하늘을 날 수 있는 단 하나의 이유 • 양력
왜 연은 당길수록 높이 날까? • 힘의 평형
공기에 무게가 있다고? • 기압
맛있는 커피를 내리는 데도 물리의 비법이 숨어 있다 • 기압의 변화
고속열차의 앞코는 왜 뾰족하게 튀어나왔을까? • 공기 저항
헬리콥터는 어떻게 하늘을 나는 걸까? • 양력과 작용・반작용
태풍이 오른쪽으로만 이동한다고? • 코리올리의 힘
위협적인 토네이도의 비밀 • 상승 기류와 하강 기류
나뭇잎이 팔랑팔랑 떨어지는 이유 • 공기 저항
굴뚝의 흰 연기는 왜 금세 사라질까? • 수증기의 응축
비행기가 날 때 깔때기 구름이 생기는 이유 • 수증기의 응축
구름이 만들어지는 단 세 가지 단계 • 응축과 단열 팽창
더 읽어보기 • • • 구름의 대표적인 형태 10가지

CHAPTER 4. 가장 짜릿하고도 강력한 힘이 만든 세상 _ 열
아름다운 오로라는 어떻게 만들어질까? • 자기장과 플라스마
태양 빛을 전기로 바꾸는 원리 • 빛 에너지의 변환
바람의 힘을 전기로 바꾸는 원리 • 전자기 유도
물의 힘을 전기로 바꾸는 원리 • 위치 에너지의 변환
비닐 랩은 왜 그렇게 달라붙을까? • 반데르발스 힘
태양 빛에는 빛만 있는 게 아니라고? • 전자기파
왜 바닷물은 모래사장만큼 뜨거워지지 않을까? • 비열
뜨거운 열만 있으면 하늘을 날 수 있다고? • 열 에너지와 기체의 밀도
하늘을 가로지르는 1억 볼트의 번개 • 정전기
우주에서 정보를 보내는 GPS의 원리 • 전파
아름다운 다이아몬드는 어떻게 만들어질까? • 온도와 압력
더 읽어보기 • • • 다양한 보석의 원석

CHAPTER 5. 신비한 생명의 비밀이 가득한 세상 _ 지구
별은 얼마나 멀리 떨어져 있을까? • 연주 시차
'이곳'에 가면 몸무게가 1/6이 된다고? • 보편중력
국제우주정거장(ISS)은 왜 떨어지지 않을까? • 수평으로 던진 물체의 운동
화석이 태고의 지구를 아는 실마리가 되는 이유 • 압력과 화석화 작용
지구에 균열이 생겼다고? • 맨틀 대류
뜨겁고 새빨간 마그마의 정체 • 맨틀과 압력
지구는 언제부터 끊임없이 돌고 있었을까? • 관성
밀물과 썰물이 생기는 이유가 달 때문이라고? • 인력과 원심력
달은 초승달일 때도 동그란 모양이라고? • 달의 공전

CHAPTER 6. 환상적인 수수께끼로 가득한 미지의 세상 _ 우주
밤하늘에서 떨어지는 유성의 정체 • 마찰열과 단열 압축
우주에 뚫린 검은 구멍, 블랙홀 • 초신성 폭발
드넓은 우주에서 지구는 어디쯤에 있을까? • 우리은하
우주의 나이는 몇 살일까? • 빅뱅
스트로베리 문의 비밀 • 빛의 반사
가장 거대한 달, 슈퍼문 • 근지점
우주선은 얼마나 빠를까? • 속도
태양과 달의 환상적 만남 • 일식
크레이터는 어떻게 생겨난 걸까? • 충돌 에너지와 운동 에너지
로켓을 우주로 날려 보내는 물리의 비법 • 작용과 반작용
우주의 탄생에 관한 비밀을 가진 입자가 있다고? • 중성미자

CHAPTER 7. 과학이 우리에게 준 선물들 _ 생활
불꽃의 소리는 왜 한박자 늦게 들릴까? • 소리의 속도
기둥이 없어도 무너지지 않는 아치형 다리의 비밀 • 작용과 반작용
여러 줄의 케이블로 지지하는 사장교의 원리 • 인장력
두 줄의 케이블로 지지하는 거대한 다리의 비밀 • 인장력과 힘의 합성
롤러코스터에서는 왜 거꾸로 뒤집혀도 떨어지지 않을까? • 원심력과 중력
스키 점프 선수가 안전하게 착지하는 물리적 비법 • 충격량과 반발계수
그네를 잘 타는 물리 비법 • 공명 원리
양초는 심지만 타는 게 아니라고? • 모세관 현상
아름다운 야경을 만드는 전구와 LED의 비밀 • 백열화, 반도체의 양공・전자
지평선에서는 몇 킬로미터 앞까지 보일까? • 피타고라스의 정리
탄환이 휘지 않고 똑바로 날아가는 이유 • 자이로 효과
투석기는 어떻게 돌을 멀리 날리는 걸까? • 지레의 원리
힘이 없어도 '이것'만 있으면 다 들어 올린다고? • 고정도르래와 움직도르래
눈에 보이지 않는 미시 세계를 엿보는 방법 • 전자의 투과와 반사

참고문헌

액체는 형태를 자유롭게 바꿀 수 있지만 어느 정도 뭉치려는 성질이 있습니다. 각 물질의 분자들이 서로 끌어당기는 ‘분자간 힘’을 가지고 있기 때문입니다. 유체처럼 움직이는 물질은 분자 간 힘이 표면의 면적을 되도록 작게 만들려는 방향으로 작용하는데, 이 힘을 계면 장력이라고 합니다. 액체일 때는 표면 장력이라고 합니다. 물은 액체 중에서도 표면 장력이 큽니다.
표면이 울퉁불퉁한 잎이 물을 튕겨 내고, 표면 장력에 의해 물방울이 동그래집니다. 연잎에 맺힌 물방울을 생각해 봅시다. 연잎 표면에는 많은 미세한 돌기가 있어 연잎 위의 물방울은 돌기 위에 떠 있는 형태가 됩니다. 이로 인해 표면에 접촉하는 면적이 아주 작아지면서 표면 장력이 커집니다. 또 돌기와 물방울의 접촉각이 크므로 표면 장력 때문에 동그란 물방울을 만듭니다.
-‘물방울에는 왜 세모, 네모 모양이 없을까’에서

비행기는 날개가 받는 양력 덕분에 하늘을 날 수 있습니다. 날개의 단면을 보면 보통 위쪽은 볼록하게 나와 있고 아래쪽은 상대적으로 평평합니다. 비행기가 앞으로 움직일 때, 날개 앞부분에 부딪힌 공기는 날개의 위쪽과 아래쪽으로 나뉘어 흐르게 됩니다. 이때 날개 위쪽을 지나는 공기는 상대적으로 경로가 길기 때문에 공기의 속도가 빨라집니다. 그러면 공기의 속도가 빠른 날개의 위쪽은 공기의 속도가 느린 아래쪽보다 공기의 밀도가 낮아집니다(기압이 낮음).
힘은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 작용하므로, 공기의 밀도가 높은(기압이 높음) 아래쪽에서 날개 위쪽 방향, 즉 아래쪽에서 날개를 들어 올리려고 하는 힘이 작용합니다. 이 힘을 양력이라고 합니다. 양력은 날개의 면적이 크고 날개에 부딪히는 공기의 속도가 빠를수록 커집니다. 즉, 날개의 형태가 기압 차이를 만들면서 발생하는 양력이 비행기를 띄우는 것입니다.
-‘비행기가 하늘을 날 수 있는 단 하나의 이유’에서