쓸모 있는 물리학

쓸모 있는 물리학 - 일상과 세상을 다시 이해하는 힘
다구치 요시히로 지음, 오시연 옮김, 정광훈 감수 / 그린북 / 2025년 10월

깜깜한 밤하늘을 가로지르는 수많은 별들, 초기인류는 어떻게 시간을 이해하고 천체를 측정하며 삶의 방식을 이해하려했을까? 수많은 관찰과 시도 끝에 도달한 결론은 자신의 주변은 일정한 규칙과 규정에 의해 진행되고 있다는 사실이었을 것이다. 또한 같은 현상이 반복되는 것을 보면서 세상은 예측 가능하다는 것을 깨닫게 되었을 것이다. 자연은 경이로움뿐만이 아니라 인류에게 세상을 이해하는 방식을 가르쳐주었다. 자연의 이치, 곧 물리의 탄생이다. 물리를 아는 것은 세상을 아는 것이다. 또한 인류의 미래를 예측할 수 있는 가장 근원적인 해답이 될 것이다.

수세기를 거치면서 물리학은 실체적인 과학의 중심적 역할을 수행해왔다. 힘을 다루는 역학으로부터 최첨단 제품에 필수적인 전자기학, 그리고 지구의 모든 움직임을 관할하는 열역학까지, 위대한 과학자들의 관찰과 발견으로부터 빠른 진보를 가능하게 하였다. 본 책은 고등학교 물리학을 중심으로 역학과 전자기학, 열역학, 파동이론을 설명하고 있다. 역학은 힘과 운동을 다루는 분야로 비교적 쉽게 이해가 가능하다. 힘에 관해선 대부분 설명하지 않아도 쉽게 알 수 있지만 역학엔 속도에 대한 이해가 반드시 필요하다. 1장 역학에서는 질량을 중심으로 관성의 법칙, 등속직선운동, 포물선운동, 양력, 운동량과 에너지 보존의 법칙에 대해 다루고 있다.

역학에서 자주 다루어지는 분야가 포물선 운동문제다. 공기저항이 무시할 수 있을 만큼 작다고 하면 물체는 포물선을 그리며 움직인다. 그런데 포물선 운동은 자유낙하운동의 변형이다. 갈릴레이의 낙하운동과 다른 부분은 물체에 초기속도가 주어졌다는 점이다. 던져진 물체는 공중에서 중력의 영향만 받으며 궤적은 중력에 의해 결정된다. 즉, 궤적을 그리는 동안에는 중력에 이외에 어떤 힘도 작용하지 않기에 포물선 운동도 자유낙하운동이라 할 수 있다는 것이다. 포물선 운동의 핵심은 수평으론 등속도 운동을 수직으론 등가속도 운동을 동시에 진행한다는 것이다. 포물선 운동은 폭탄의 궤적을 맞추기 위해 오랜 기간 군사 연구의 중심이었다. 하지만 정밀유도무기가 나오면서 점점 사라지고 있다. 저자는 앞으로 포물선 운동을 스포츠경기에서나 볼 수 있을 것이라 예측한다.

이해하기 어려운 분야가 전자기학이다. 전기와 자기의 흐름과 세기를 직접 눈으로 관찰하기 어렵기 때문이다. 전기는 최근 가장 핫한 분야다. 반도체를 중심으로 2차전지, 데이터센터, AI의 핵심 주제로 부상하고 있기 때문이다. 전기를 이해하는 것은 실생활뿐만이 아니라 미래 과학을 예측하는데도 탁월한 위치를 차지할 수 있을 것이다. 2장에선 전하와 전기력, 전력과 로런츠 힘을 설명하고 자기장과 전가기파를 살펴보고 있다. 3장은 열역학 1법칙과 2법칙, 열기관에 대해 다룬다. 물리학은 실체적인 생활과 밀접한 연관을 맺고 있음에도 용어의 나해함과 해석의 부족으로 쉽게 접근이 어려웠다. 또한 공식이나 법칙을 통한 물리학적 접근은 과학적 관찰이나 원인에 대한 근원적인 접근을 어렵게 만든다. 하지만 본 책은 물리학의 기초를 중심으로 누구나 쉽게 이해할 수 있을 정도의 물리학적 지식을 선보인다. 세상은 더욱 빠르게 진보하고 우리가 알지 못하는 수많은 과학기술이 쏟아져 나오고 있다. 하지만 그 무엇도 물리적 특성을 배제하지 못한다. 물리는 인류에 커다란 힘이자 에너지 그리고 삶의 방향을 만들어주고 있다. 어쩌면 자연은 인간에 유용한 삶의 이치를 가르쳐주고 있진 않은가? 기초물리를 쉽게 접근할 수 있는 쓸모있는 물리학을 소개한다.

- 이 리뷰는 출판사에서 도서를 제공받아 직접 읽고 작성한 리뷰입니다.