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재미로 읽다가 100점 맞는 색다른 물리학 : 하편 - 교과서보다 쉽고 흥미진진한 물리학 교실 ㅣ 재미로 읽다가 100점 맞는 색다른 물리학
천아이펑 지음, 정주은 옮김, 송미란 감수 / 미디어숲 / 2022년 4월
평점 :
물리학은 물체 사이의 상호작용과 물체의 운동, 물질의 구성과 성질과 변화, 에너지의 변화 등을 연구하여 자연을 이해하는 학문이다. 화학, 생물학 등과 더불어 자연과학을 이루며, 자연과학 중에서 제일 기본적이고 가장 먼저 체계화된 학문이다.
그런데 왜 물리학은 그동안 어렵다고 느끼고 회피하게 된 것일까? 재미있는 물리학은 없을까? 교과서조차 어려웠던 물리학을 쉽게 배울 수는 없는 것일까? 수많은 물음표 속에서 느낌표를 찍는 책을 발견했다.
「재미로 읽다가 100점 맞는 색다른 물리학」 고체처럼 분명하게, 액체처럼 부드럽게, 기체처럼 날렵하게, 물리학의 세계로 빨려 들어가 보자.
차례
01. 전기와 자기
02. 소리와 빛
03. 현대 물리
실험을 아무리 많이 해도 내가 옳음을 결코 입증할 수 없다.
단 하나의 실험만으로도 내가 틀렸음을 입증할 수 있기 때문이다.
알버트 아인슈타인
정전기 현상과 전하
따스한 겨울에 동그란 통으로 된 미끄럼틀을 내려오는 아이들을 보면 저절로 동공이 확장된다. 분명 미끄럼틀에 오르기 전에는 멀쩡하던 머리카락들이 사방으로 퍼져 흡사 사자를 연상케 하기도 한다.
건조한 계절에 특히 자주 볼 수 있는 현상인데 손가락이 닿을라치면 따끔거리기까지 한 이 현상은 마찰로 인한 정전기이다. 이렇게 작은 마찰부터 번개처럼 큰 마찰까지 전기에너지는 발생이 되는데 정전기를 발생시키는 방식에는 마찰대전, 접촉대전, 유도대전 이 세 가지가 있다.
하루 동안 약 수백만 번의 번개가 치는데 번개가 치기 전 거대한 구름층에 모인 전하량은 최대 수백 쿨롱에 달한다. 이로 보아 쿨롱은 상당히 큰 전하 단위임을 알 수 있다.
전하 간 상호작용 법칙 : 쿨롱의 법칙
쿨롱은 전하량의 단위로 1C(쿨롱)은 1A(암페어)의 전류가 1초 동안 흐를 때 이동하는 전하의 양이다. 물질을 이루는 원자는 전자와 양성자, 중성자 같은 하위 구조로 이루어지는데 전자와 양성자는 고유한 전기적 성질인 전하를 가지고 있다. 전하를 가진 물체가 서로 가까이 있을 때 밀거나 당기는 힘의 크기를 나타낸 것이 쿨롱의 법칙이다.
전하량
물체가 띠고 있는 전체 전하량을 나타내는 단위로 C을 쓴다. 한 개의 양성자나 전자가 가지는 전하량의 크기는 1.6x10-19C으로 같지만 부호는 다르다. 즉, 전자는 음의 전하를 가져 전하량이 -1.6x10-19C이다. 양성자 한 개와 전자 한 개로 이루어진 원자의 전하량은 결국 0C이다. 전하량이 1C인 물체에는 양성자가 전자보다 1/(1.6x10-19) = 6.25x1018개 더 많다고 생각할 수 있다.
두산백과 두피디아
쿨롱은 프랑스의 엔지니어이자 물리학자였다. 쿨롱은 1785년 비틀림 저울 실험을 통해 두 전하 간 척력과 전하 간 거리의 관계를 연구했고 '같은 종류의 전하를 가진 두 공 사이의 척력은 둘의 중심 사이의 거리의 제곱에 반비례한다'라는 결론을 내렸다. 쿨롱의 법칙은 전자기학과 전자기장 이론의 기본 법칙 중 하나이자, 전자기학 발전사에 남을 획기적인 발견이다.
물리학의 세계는 어렵지만 알면 알아갈수록 신기하고 재미있는 이야기가 펼쳐져 있는 우주 공간 같다. 일상생활에서 일어나는 일들을 조금만 파헤치고 들어가니 이렇게 흥미진진한 물리가 되는 걸 왜 이제야 깨달았나 싶을 정도이다. 읽다 보면 개념이 잡힌다는 말이 이해가 된다.
유조차 뒤편에 질질 끌리는 쇠사슬의 역할
이 책을 읽기 전까지만 해도 유조차 뒤편에 질질 끌리는 쇠사슬이 어딘가에 묶이고 남은 쇠사슬이 길어 끌리는 줄로만 알았다. 처음에는 위에 걸쳤다가 떨어져 나와 도로 위에 마찰을 일으키며 끌리는 것으로 말이다. 하지만 이 쇠사슬이 중요한 역할을 하고 있었다.
유조차가 오일을 담고 운송하는 중에는 연료유와 오일탱크의 마찰과 충돌로 여기서도 정전기가 발생하게 되는데 제때 처리하지 않은 정전기는 누적되어 스파크를 일으키며 폭발까지 할 수도 있다. 바로 이때 쇠사슬이 정전기를 흘려보내는 역할을 하는 것이다.
비행기도 이와 마찬가지로 대기 중에서 비행할 때 공기와의 마찰로 마찰전기가 발생한다고 한다. 착륙 과정에서 이 전기를 흘려보내지 않으면 지상에 있던 사람이 다칠 수도 있는데 비행기 바퀴에 접지 선을 장착하거나 바퀴를 전도성 고무로 제작해 정전기를 땅으로 흘려보낼 수 있게 설계된 것이다.
도선 연결 하나로 정전기를 어떻게 흘려보낼 수 있는지는 책에서 확인하길 바란다.
새떼가 고압전선 위에서 자유로운 이유는?
상식적으로 수만 볼트 고압전선 위에서 자유로운 새들이 궁금할 때가 있었다. 감전되지 않고 여유로운 모습의 새들은 이유가 무엇일까? 힌트는 전선 하나에도 넉넉히 앉을 수 있는 새의 작은 몸집이다.
하지만 새가 아니라 몸의 길이가 긴 뱀이었다면 어땠을까? 만약 뱀이라면 고압전선에서 자유롭지 못하고 까맣게 타버릴지도 모른다. 그 이유는 옴의 법칙으로 설명할 수 있는데 자세한 내용은 책에서 확인해야 하는 거 이젠 알 수 있을 것이다.^^;;
결론적으로 하나의 선이 아닌 두 선에 몸을 의지할 정도의 새라면 문제가 발생하지만 전선 하나에도 몸을 의지할 수 있는 작은 새라면 평생 여유롭게 고압전선에서 자유로울 수 있다.
어렵지도 따분하지도 않은 색다른 물리학!
이 책의 저자 천아이펑은 영재교육센터 물리 연구반 책임자이자 우수 교사이다. 우리들이 궁금증을 품었던 질문을 가지고 다양하게 접근하여 청소년들의 눈높이에 맞춰 기본 개념을 잡아주는 것이 특징인데, 나 같은 물포자 성인에게도 유용한 도서이다.
상상력을 펼쳐 봐!
책 전체가 깔끔하고 일목요연하게 정리되어 있으며 매 챕터마다 탐구 과제들을 진행하며 물리 세계에 빠져들게 하는 장점이 있다.
이렇게 재미있는 물리는 처음이야!
물리가 아름다울 수 있다는 사실은 금시초문이었지만 이제부터는 아름다울 수 있다는 것을 알았으니 과학지식을 바탕으로 상상력을 펼쳐나가야겠다.