NEWTON HIGHLIGHT 뉴턴 역학과 만유인력

▣ 출판사서평

지상과 천상을 지배하는 물리 법칙을 밝혀내다

사과나무에 달려 있던 사과는 땅으로 떨어진다. 손에 쥐고 있던 돌멩이를 공중에서 놓아도 아래로 떨어진다. 그런데 허공에 떠 있는 달은 왜 지구로 떨어지지 않는가? 또 지구는 시속 1700km로 자전하는 동시에, 시속 11만 km로 태양의 주위를 공전한다. 이렇게 초고속으로 회전하는 지구 위에서 우리가 아무 문제없이 걷거나 달릴 수 있는 이유는 무엇일까? 그뿐만이 아니다. 태양계의 행성은 태양 주위를 공전하고, 달은 지구 주위를 공전하는데 그 이유가 무엇일까?
17세기에 아이작 뉴턴이 등장하기 전에는 이러한 의문점을 명쾌하게 설명할 수 없었다. 오히려 현재의 우리가 알고 있는 이유와는 다른 여러 가지 설명이 나와 사람들을 혼란스럽게 만들고 있었다. 뉴턴은 만유인력이라는 혁명적인 발상을 하고 운동의 3법칙(관성의 법칙, 가속도의 법칙, 작용.반작용의 법칙)과 연결해 그것을 증명함으로써, 2000년 이상 이어져 내려오던 천동설을 완전히 무너뜨리고 ‘지상과 천상은 모두 같은 물리 법칙으로 움직인다.’는 새로운 세계관.우주관을 정립시켰다.
그 후 뉴턴의 만유인력과 운동의 3법칙은 일상적인 물체의 운동을 설명하는 이론으로 자리를 잡았고, 오늘날에도 원자의 움직임을 다루는 미시(微視) 세계, 그리고 빛과 같은 정도의 초고속 운동과 거대 중력의 세계 등을 제외한 분야에서는 어김없이 적용된다.
이 책에서는 운동의 3법칙을 바탕으로 하는 뉴턴 역학과 만유인력을 풍부한 사례와 그림 자료, 전문가의 상세한 해설을 통해 설명한다. 아울러 책에 나온 내용을 이해했는지를 스스로 확인해 볼 수 있는 역학 퀴즈와 간단한 계산 문제도 준비되어 있으므로 반드시 도전해 보기 바란다.
제1장에서는 뉴턴 역학이 탄생하기까지의 배경을 설명한다. 제2장과 3장은 뉴턴 역학의 기둥이자 뿌리인 운동의 3법칙과 만유인력의 법칙을 설명한다. 제4장과 5장에서는 뉴턴 역학과 밀접한 관계를 가진 원운동 및 에너지 보존 법칙.운동량 보존 법칙을 설명한다. 제6장에서는 제1~5장에서 미처 다루지 못한 관련 항목을 정리하면서 뉴턴의 명저 <프린키피아>의 내용을 함께 알아보며, 뉴턴의 이론이 상대성 이론·양자론과는 어떤 관계에 있는지도 알아본다.
이 책이 물리의 기본인 뉴턴 역학과 만유인력을 완벽하게 이해하는 좋은 계기가 될 것으로 믿어 의심치 않는다.

특징

● 관성의 법칙, 가속도의 법칙, 작용·반작용의 법칙 등 물체 운동의 기본 법칙 상세 해설
요즘은 중고등학교에서 배우는 내용이지만, 이들 법칙은 16~17세기에 활약한 갈릴레이, 데카르트, 하위헌스(호이겐스) 등의 오랜 연구를 통해 자리를 잡고, 뉴턴이 만유인력과 결부시켜 설명함으로써 그 위치가 확고해졌다. 상대성 이론과 양자론으로 설명되는 분야를 제외한, 이 세상 거의 모든 물체의 운동을 설명할 수 있는 위대한 3개의 법칙을 풍부한 사례와 정확한 그림, 전문가의 상세한 해설을 통해 완벽하게 이해한다.

● 물체 사이에서 작용하는 만유인력과 원운동의 원리 설명
‘모든 물체 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 작용한다.’ 만유인력은 뉴턴의 독창적이고도 천재적인 능력이 발휘된 대표적인 물리 법칙이다. ‘운동의 3법칙’과 연결해 지구상의 물체는 물론 우주 공간의 천체 운동까지도 설명함으로써, 물리학뿐만 아니라 인류의 역사 자체를 바꾸었다 해도 과언이 아닌 ‘뉴턴의 작품’이다. 아울러 만유인력과 밀접한 관계를 가진 원운동과의 관계를 통해, 사과는 땅으로 떨어지는데 달은 지구로 떨어지지 않는 이유 등도 명쾌하게 설명한다.

● 자연계의 대법칙인 에너지 보존 법칙과, 운동량 보존 법칙 정리
‘제트코스터는 왜 원운동을 할 수 있으며, 그때 거기에 탄 사람은 어느 정도의 힘을 받는가? 지레와 도르래는 어떤 원리로 쉽게 일을 하게 해 주는가? 야구 선수의 글로브는 왜 두툼하게 만들어야 하는가? 인공위성이 지구를 탈출하기 위해서는 어느 정도의 속력을 유지해야 하는가?’ 이러한 수많은 의문에 대해서 명확한 수학적인 계산을 바탕으로 답을 제시해 주는 두 가지의 보존 법칙을 정복한다.

● 역학 퀴즈와 계산 문제를 통해 뉴턴 역학과 만유인력을 완전 정복
뉴턴 역학과 만유인력을 이해하기 위해서는 그 내용을 파악하는 일도 중요하지만, 실제 계산 문제 등을 통해 완전한 ‘내것’으로 만드는 일도 중요하다. 실제로 뉴턴 역학과 만유인력에 관해서는 여러 가지 다양한 응용 문제 등이 만들어지기 때문이다. 이 책에서는 여러 ‘법칙’에 대한 자세한 설명은 물론, 그것을 완전히 이해했는지를 알아볼 수 있는 퀴즈와 계산 문제 등을 제시함으로써 독자 스스로 이해 정도를 측정할 수 있도록 구성했다.

● 최고 수준의 과학 단행본, ‘뉴턴 하이라이트’ 시리즈
과학 잡지 Newton에 게재되었던 기사들을 해당 주제별로 재구성하고, 내용을 더욱 확대해서 구성한 과학 단행본이 ‘뉴턴 하이라이트’ 시리즈이다. ‘뉴턴 하이라이트’는 세계적인 과학 기관에서 제공하는 최신 사진 자료와 세련된 일러스트레이션 및 전문가의 해설을 통해 과학의 원리와 연구 상황을 한눈에 볼 수 있도록 정리해서 제공한다. 물리학,화학,생명과학,지구과학,천문학 등 과학의 모든 분야를 다루는 40여 권 이상의 자매편들이 절찬리에 판매되고 있다.

▣ 주요 목차

제1장 뉴턴 역학의 탄생
소박한 의문 / 뉴턴 역학의 성립 / 뉴턴의 생애 / 뉴턴 역학 키워드 맵

제2장 뉴턴 역학의 기본 ‘운동의 3법칙’
관성의 법칙이란? / 관성의 법칙의 발견 ①~② / 속도 ①~② / 관성의 법칙과 지구의 자전.공전 ①~② / 낙체(落體)의 법칙 ①~② / ‘힘’이란 무엇인가? / 가속도 ①~② / 가속도의 법칙 / 중력 가속도 / 힘의 균형 ①~② / 수직 항력 / 마찰력 / 작용.반작용의 법칙 / 겉보기 힘 ①~② / 역학 퀴즈 ① (상자 속의 새) / 역학 퀴즈 ② (버스 속의 풍선) / 계산 문제

제3장 천상과 지상을 연결하는 ‘만유인력의 법칙’
만유인력이란? / 만유인력의 법칙 ①~② / 만유인력과 중력 ①~②

제4장 만유인력과 원운동의 관계
원운동 / 달의 원운동 / 인공위성의 원운동 / 우주 정거장의 원운동 / 지구와 달의 중심(重心) / 케플러의 3법칙 / 만유인력과 행성의 발견 / 역학 퀴즈 ③ 낙하하는 표적 / 역학 퀴즈 ④ 지구 중심의 작은 방

제5장 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙
에너지란 무엇인가? / 에너지 보존 법칙 / 일 ①~② / 운동량 / 충격량 / 운동량 보존 법칙 ①~② / 계산 문제

제6장 뉴턴 역학과 프린키피아.상대성 이론.양자론
뉴턴 역학에 관한 대화 / <프린키피아>를 읽어 본다 / 뉴턴 역학과 상대성 이론.양자론 / 계산 문제의 답

좀 더 알고 싶다! 칼럼
무중력 공간은 불가사의한 광경을 만들어 낸다 / 인공 중력을 만들어서 우주 식민지를 건설한다 / 제트코스터의 스릴의 비밀은? /두 가지 보존 법칙은 가속도의 법칙에서 유도된다! / 탐사선은 접근하는 천체의 운동과 중력을 이용해 우주를 항해한다