청소년을 위한 물리 이야기

중ㆍ고등학교에 등장하는 물리 개념의 뼈대를

단박에 귀에 쏙쏙 박히게 잡아준다!

1. 26년 과학 교사 경험으로 쓴 물리 이야기

어렵다고 느끼는 과학 공부의 즐거움을 전파하는 일본의 대표 과학 작가이다. 중·고등학교 과학 교사로 26년간 아이들을 지도했고 그 경험을 바탕으로 과학 공부에 어려움을 겪는 청소년을 위한 책을 주로 집필하고 있다. 작가가 쓴 과학 관련 책들 중 상당수는 한국에서 베스트셀러이거나 스테디셀러이다. 이번에 출간한 〈청소년을 위한 물리이야기〉도 그 연장선상에 있다.

특히 물리의 기초가 갖춰지지 않아 어려워하는 중ㆍ고등 청소년을 위해 쉽게 이해할 수 있는 원리에서 출발해 이야기를 진행한다. 호기심과 재미로 조금씩 읽다보면 자신도 모르게 빠져들면서 물리라는 과목이 어려운 것만은 아니라 엄청 재미있는 과목이라는 것을 알게 한다. 교과서 공부를 쉽게 만드는 것은 말할 필요도 없다. 읽다 보면 물리 공부를 아주 만만하게 만들어 준다.

2. 단박에 중ㆍ고등 교과 핵심만을 쏙쏙 정리한다.

과학에 어려움을 느꼈던 우리들에게 그중에서도 가장 난해한 분야는 물리이다. 때로는 수학보다도 복잡해 보이는 공식에, 듣고 또 들어도 알 수 없는 이론. 수학과 마찬가지로 돌파구는 암기 아니면 포기뿐이었다. 하지만 이제 이 책을 한 장 한 장 넘기다보면 물리학과의 첫 만남이 이 책과 함께였더라면 어떻게 달라졌을까 하는 아쉬움에 젖는다.

원래 물리를 한자 그대로 풀이해 보면 물리(物理)는 ‘사물(物)의 이치(理)’라는 뜻이다. 사물의 이치는 사물을 이해하는 가장 기초적이고 근원적인 것을 말한다. 그래서 물리는 우주에 존재하는 모든 것을 이해하고 존재 방식과 법칙에 관한 분야다. 이 책의 목적은 물리를 단박에 핵심만을 쏙쏙 정리하는 것이다. 어렵지 않게 일독할 수 있게끔 편안한 그림을 곁들여 하나씩 차분하고도 재미있게 본문을 설명하면서 꼭 알아야할 핵심 내용만을 한권에 담고 있다.

3. 십대들을 위한 청소년 과학교양 네 번째, 〈청소년을 위한 물리이야기〉

[리듬문고 청소년 과학교양]은 십대에게 꼭 필요한 과학을 알기 쉽게 알려주는 유쾌한 과학 교양 시리즈다. 〈청소년을 위한 물리 이야기〉는 그 네 번째 책으로 청소년이 물리의 기초 배경 지식으로 학교나 사회에서 중요한 과학 교양을 충분히 이해하도록 하는 입문서이다.

그래서 이 책은 문과 계통의 학생도 쉽게 이해할 수 있도록 최대한 그림과 그래프를 이용해 수식의 의미를 이해할 수 있도록 했다. 처음부터 모든 내용을 파악하려 하지 말고 먼저 전체 내용을 대략 읽어본 다음, 개념이나 수식의 의미를 생각하면서 차근차근 다시 읽으면 이해하는 데 어렵지 않다. 이때 기본적인 문제를 실제로 풀어보면서 읽으면 금상첨화다. 우리 일상에는 물리학 법칙이 작용하는 현상으로 가득하다. ‘물리학이라는 관점’을 조금이라도 장착하면 여기저기서 펼쳐지는 물리현상을 흥미로운 눈으로 바라볼 수 있을 것이다. 이 책을 통해 ‘물리도 생각보다 재미있고 어렵지 않다는 것을 충분히 느낄 수 있고 학과 공부에도 자신감이 붙을 것이다.

지은이 : 사마키 다케오

과학 공부의 즐거움을 전파하는 일본의 대표 과학 작가이다. 그가 쓴 책들 중 상당수는 한국에서 베스트셀러이거나 스테디셀러이다. 일본 지바대학교 교육학부를 졸업하고 도쿄학예대학교 대학원 물리화학·과학교육 석사 과정을 수료했다. 이후 중·고등학교 교사로 26년간 아이들을 지도했다. 또한 교토공예섬유대학교, 도시샤여자대학교, 호세이대학교에서 생명과학부 환경응용화학과 교수를 거쳐 현재는 동 대학교 교직과정센터 교수를 역임하고 있다. 과학을 좋아하는 사람들을 위한 잡지 [이과 탐험(RikaTan)]의 편집장도 맡고 있다. 그가 쓴 책으로 〈재밌어서 잠들고 싶지 않은 물리〉, 〈재밌어서 잠들고 싶지 않은 화학〉 시리즈 및 〈과알못도 빠져드는 3시간 과학〉, 〈과알못도 빠져드는 3시간 생물〉 등 많은 책이 있다.

옮긴이 : 오시연

동국대학교에서 회계학을 전공했고 일본 외국어전문학교 일한통역과를 수료했다. 번역 에이전시 엔터스코리아에서 출판기획 및 일본어 전문 번역가로 활동하고 있다. 다양한 분야의 책을 번역했으며 과학 분야 번역에도 많은 관심을 가지고 있다.

우리말로 옮긴 책으로는 〈원소주기〉, 〈조용한 공포로 다가온 바이러스〉, 〈가장 쉬운 회계책〉, 〈거짓 숫자에 속지마라〉 등 다수가 있다.

1장 물체의 운동과 힘의 법칙

1. 직선운동의 세계 …18

속력은 어떻게 비교할까? …18 | 속력과 속도는 어떻게 다를까? …19

등속 직선 운동의 특징을 알아보자 …21

나란히 달리는 전철의 속도는 어떻게 보일까? …23

속도의 덧셈법이란? …25 | 속도가 변하는 운동을 나타내는 가속도 …26

가속도 수치의 예 …27 | 등가속도 직선운동이란? …27

플러스 가속도와 마이너스 가속도 …29

등가속도 직선운동을 식으로 나타내면 …30

2. 힘은 어떤 것이고 어떻게 작용할까? …33

힘은 어떨 때 받을까? …33 | 어떤 힘을 받고 있을까? …34

떨어져 있어도 힘을 받는다? …35

힘을 나타내는 화살표는 어떻게 그릴까? …36 | 힘의 단위 뉴턴이란? …38

상대를 밀면 나는 어떻게 될까? …39

작용·반작용과 힘의 평형은 어떻게 다를까? …42

2개 이상의 힘을 하나로 합치거나 1개의 힘을 나눌 수 있을까? …43

3. 운동의 법칙이란 무엇일까? …47

물체가 가지는 관성과 관성의 법칙은 무엇일까? …47

전철이나 땅에서 뛰어오른다면? …48

실제 생활에서 운동하는 물체는 결국 멈추는데? …52

힘을 받고 있지 않거나 힘이 평형을 이룰 때는 어떤 운동을 할까? …53

물체가 힘을 계속 받으면 어떻게 될까? …55

물체가 받는 힘의 크기와 가속도와의 관계는? …56

물체의 질량과 가속도 사이에 있는 관계는? …56

운동의 제2법칙이란? …58 | 자유낙하란 무엇일까? …59

자유낙하의 v-t 그래프는? …61

유원지의 놀이기구를 생각한다 …61

물체를 아래쪽으로 던지면 어떻게 될까? …64

물체를 위로 던지면 어떻게 될까? …65

포물선 운동의 특징은 무엇일까? …65

◎ Column ◎

관성을 이용해 삶은 달걀과 날달걀을 구별한다 …51

탐사기의 속도 …54

빗방울은 높은 하늘에서 떨어지는데 왜 빠른 속도로 내리지 않을까? …63

원숭이 사냥 …67

2장 일, 열, 에너지는 어떤 관계가 있을까?

1. 일, 에너지, 열은 줄(J)이라는 단위를 사용해! …72

물리에서 말하는 일의 뜻 …72 | 일의 단위는? …74

편하게 일해도 일의 양은 같다고 …74

빨리 일할수록 효율적이다 …75

2.위치에너지란 무엇일까? …79

높은 곳에 있는 물체는 어느 정도의 에너지를 갖고 있을까? …79

위치에너지와 기준이 되는 면 …80

용수철이 가진 위치에너지는 어느 정도일까? …80

W = kx을 구하는 법 …83

3. 운동 에너지는 무엇일까? …85

움직이는 물체의 에너지는 어느 정도일까? …85

에너지가 일로 변환된다 …85 | 에너지의 원리 …87

4. 역학적 에너지는 무엇일까? …89

진자로 살펴보는 위치에너지와 운동에너지의 변화 …89

롤러코스터의 운동 …90

수직으로 던져올린 공은 얼마나 높이 올라갈까? …91

5. 온도와 열은 비슷하지만 다르다! …93

온도는 뜨거움과 차가움을 나타내는 기준 …93 | 온도계의 원리 …94

열과 온도의 차이점 …94 | 온도는 열운동의 활발한 정도를 나타낸다고? …96

같은 열량을 가해도 물체에 따라 다른 방식으로 따뜻해진다 …99

20℃의 물 200g과 60℃인 물 300g을 섞으면 몇 ℃가 될까? …100

10℃인 물 100g에 100℃인 철 100g을 넣으면 몇 ℃가 될까? …101

열용량이란 무엇일까? …102 | 물질에 열을 가하면 어떻게 변할까? …102

융해열과 증발열 …105

6. 내부 에너지가 무엇일까? …107

일은 열로 바뀌고 열은 일로 바뀐다 …107

내부 에너지는 기체가 쌓아둔 저축과 같다 …108

줄의 실험과 내부 에너지 …109 | 단열 팽창과 단열 압축 …109

7. 열역학 제1법칙이란 무엇일까? …112

역학적 에너지에 내부 에너지도 들어간 에너지 보존 …112

열기관 …112 | 열효율 …113

3장 우리 주변의 파동과 소리의 성질을 알아보자

1. 파동이란 무엇일까? …120

진동은 어떤 운동일까? …120

파동은 진동이 잇달아 주위에 전달되는 현상 …122

파동은 진동 에너지를 전달한다 …122 | 횡파와 종파 …123

주기와 진동수 …126 | 파동의 속력 …126 | 파동의 독립성 …127

정상파 …128 | 파동의 반사 …130

2. 소리와 진동 …133

음파란 무엇일까? …133 | 소리가 전달되는 속도 …133

소리의 삼요소 …134 | 왜 ‘맥놀이’가 생길까? …136

현악기는 어떻게 소리가 날까? …138 | n배 진동수를 구하는 식 …140

기주 공명 장치에 생기는 정상파 …141 | 관악기는 어떻게 소리가 날까? …142

◎ COLUMN ◎

천둥소리로 천둥까지의 거리를 구하다 …134

4장 전기의 정체와 작용을 알자

1. 전기의 정체와 회로…148

우리 주변에 흔히 볼 수 있는 정전기 …148

정전기가 발생하는 이유 - 비밀은 원자에 있다 …150

절연체와 도체 …150 | 전류는 전자의 흐름 …151

2. 회로는 어떻게 되어 있을까?…154

전압은 전류를 흐르게 하는 작용이다 …154 | 옴의 법칙 …154

저항의 크기 …156 | 저항의 직렬연결과 병렬연결 …156

3. 전기의 작용…159

물체에 전류가 흐르면 발열한다 …159 | 류가 만드는 자기장 …161

모터의 원리 …163 | 발전의 원리 …163 | 직류와 교류 …167

교류전압은 쉽게 변환할 수 있다 …168 | 전자파 …170

생활 속의 전자파 …172

◎ COLUMN ◎

전기의 길. 발전소에서 가정까지 …172

5장 에너지의 정류와 이용

1. 에너지의 변환과 보존…178

다양한 형태의 에너지 …178 | 에너지 보존의 법칙 …178

에너지 자원 중 전기에너지 이용 비율이 증가 …179

고갈성 에너지와 재생에너지 …180 | 수력 발전은 재생에너지일까? …180

화력 발전, 수력 발전과 원자력 발전 …180

주요 재생에너지의 구조와 장단점 …184

2. 방사선과 원자력 이용…188

방사능의 어머니 마리 퀴리 …188 | 방사능과 방사선 …189

방사선의 투과력 …190 | 자연계에 존재하는 방사선 …192

방사선이 인체에 미치는 영향 …192 | 방사능과 방사선의 단위 …193

방사선 이용 …195| 원자는 원자번호와 질량수로 구별한다 …198

동위체 …199 | 방사성핵종(방사성원소) …199 | 방사성핵종의 반감기 …200

핵분열 연쇄 반응 …201 | 원자폭탄과 원자력 발전 …203

◎ COLUMN ◎

핵융합과 태양의 에너지원 …204