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해수면 위의 따듯하고 밀도가 높은 공기 속에서 소리는 약 1216km/h의 속력으로 전파된다. 소리의 속도는 공기의 온도가 낮을수록 그리고 밀도가 작을수록 느려진다. 따라서 고도가 높은 곳에서는 음속이 느려지기 때문에 고도가 음속의 장벽을 넘는 것이 쉽다. 고도 1만 2192m에서의 밀도와 온도를 알게 된 과학자들은 그곳에서의 음속이 1056km/h라는 것을 계산해냈다. 높은 고도에서는 소리의 속도가 느려질 뿐만 아니라 공기의 밀도도 작아져 유해 항력(마찰에 의한 항력)이 작아진다. 따라서 이거는 느린 음속과 작은 유해 항력을 이용해 음속의 장벽을 넘기 위해 고도 1만 3106m로 올라갔다.
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한 권으로 끝내는 물리
도서 소개
빛, 파동, 양성자와 중성자, 자동차, 컴퓨터, 건축, 스포츠에 이르기까지 생활을 편리하게 만들고 우주 여행까지 가능하게 만드는 물리학에 관한 모든 것을 담았다. 물리..펼쳐보기
전체목차
1장. 물리학의 기본적인 사항
물리학이란 무엇인가?
물리학에는 어떤 분야들이 있는가?
측정
물리학 관련 직업들
유명한 물리학자들
노벨상
- 노벨상은 어떤 상인가?
- 노벨 물리학상 수상자 명단과 수상 내용들
- 노벨 물리학상을 수상한 최초의 미국인은 누구인가?
- 최초로 노벨 물리학상을 수상한 여성 물리학자는 누구인가?
- 위치란 무엇인가?
- 위치는 무엇이며, 거리와 어떻게 다른가?
- 변위와 같은 벡터는 어떻게 나타내는가?
- 변위는 1차원 이상의 차원으로 나타낼 수 있을까?
- GPS는 어떻게 작동하는가?
- 지구 위에서의 위치는 어떻게 정해지는가?
- 위도와 경도는 어떻게 거리로 환산할 수 있을까?
- 속력이란 무엇인가?
- 속력을 나타내는 데 사용되고 있는 단위는?
- 순간 속력은 무엇이며 어떻게 측정하는가?
- 속력과 속도의 다른 점은 무엇인가?
- 속도는 길이와 시간에 영향을 주는가?
- 움직이고 있는 시계는 얼마나 천천히 가는가?
- 모든 상대 속도는 더해지는가?
- 가속도란 무엇인가?
2장. 운동과 운동의 원인
힘과 뉴턴의 운동 법칙
- 운동의 원인은 무엇인가?
- 무엇이 힘을 작용시킬 수 있는가?
- 힘의 크기를 나타내는 단위에는 어떤 것들이 있나?
- 가속도와 힘 사이에는 어떤 관계가 있는가?
- 힘은 가속도에 어떻게 영향을 주는가?
- 질량은 가속도에 어떤 영향을 주는가?
- 관성이란 무엇인가?
- 뉴턴의 운동 법칙은 무엇인가?
- 한 가지 이상의 힘이 한 물체에 작용하면 어떻게 될까?
- 마찰력은 어떤 힘일까?
- 접촉한 두 표면 사이에 작용하는 마찰력의 크기는 어떻게 결정되는가?
- 어떻게 하면 마찰 계수를 줄일 수 있을까?
- 굴러가고 있는 물체도 접촉에 의한 마찰을 경험하는가?
- 액체도 마찰력과 같은 힘을 작용할까?
- 뉴턴의 제3법칙은 어떤 법칙인가?
- 제3법칙은 어떻게 응용되나?
- 중력은 어떻게 우리에게 작용할까? 중력도 접촉력일까?
- 중력장의 세기를 결정하는 것은 무엇일까?
- 지구 중력장의 크기는 얼마나 되나?
- 중력장은 힘과 어떤 관계가 있는가?
- 가속도를 이용하여 정의한 질량과 중력을 이용하여 정의한 질량은 서로 같은가?
- 여러 가지 천체의 중력장 크기는 얼마나 되나?
- 중력도 뉴턴의 제3법칙을 따를까?
- 아인슈타인은 중력장을 어떻게 기술했나?
- 아인슈타인의 이론은 충분한 시험을 거쳤는가?
- 중력은 조석 현상에 어떤 영향을 주나?
- 중력장 안에서 물체의 운동을 어떻게 기술할 수 있을까?
- 자유낙하하는 물체의 위치는 시간에 따라 어떻게 달라지는가?
- 물체를 자유낙하 시키는 것이 아니라 위나 아래로 던질 때는 어떻게 되는가?
- 최고점에서 물체는 정지하는가?
- 공기의 저항은 낙하하는 물체에 얼마나 영향을 주나?
- 종속도는 무엇에 의해 결정되나?
- 다른 높이에서 떨어뜨렸을 때 두 필터는 동시에 땅에 떨어지는가?
- 스카이다이버와 낙하산은 속도를 조절하기 위해 공기 저항을 어떻게 이용하나?
- 무중력 상태는 어떤 상태인가?
- 무게는 어떻게 측정하는가?
- 중력 외에도 접촉하지 않고도 작용하는 힘이 있는가?
- 힘과 압력은 어떻게 다른가?
- 핀, 바늘, 못 침대에는 어떤 원리가 적용되고 있는가?
- 자유낙하시킨 공은 어떤 운동을 하는가?
- 공을 책상 끝에서 수평으로 밀면 어떤 운동을 할까?
- 공을 비스듬히 던지면 어떤 일이 일어날까?
- 원운동은 어떻게 가능한가?
- 구심력은 어디에서 제공되는가?
- 원운동을 할 때 왜 바깥쪽으로 향하는 힘을 느끼는가?
- 지상에서 코리올리 힘은 어떤 영향을 미치는가?
- 중력이 행성의 운동에 어떤 영향을 미치는가?
- 이론과 법칙은 어떻게 다른가?
- 케플러의 제3법칙은 지구 주위를 도는 인공위성의 운동에 대해 무엇을 말해주는가?
3장. 운동량과 에너지
운동량
에너지
- 왜 운동량과 에너지의 개념이 필요할까? 뉴턴의 법칙만으로는 충분하지 않은가?
- 스포츠 팀이 모멘텀을 가지고 있다는 말을 듣게 되는데, 물리학에서 모멘텀(운동량)은 무엇을 뜻하나?
- 사고시 부상을 줄이기 위해 자동차는 어떤 구조를 가지고 있는가?
- 충격량과 운동량의 변화의 예는 어떤 것이 있는가?
- 두 물체가 상호작용하는 경우 물체의 운동량에는 어떤 일이 일어나는가?
- 운동량이 보존되는 또 다른 예는 어떤 것이 있는가?
- 우주 공간에서 로켓은 어떻게 가속되는가?
- 아인슈타인의 특수상대성이론은 운동량에 어떤 영향을 주는가?
- 운동량은 회전하고 있는 물체에도 영향을 주는가?
- 회전 운동에서 힘의 역할을 하는 것은 무엇인가?
- 회전에서 질량과 같은 역할을 하는 것은 무엇인가?
- 회전 운동에서 운동량 역할을 하는 양은 무엇인가?
- 운동선수는 각운동량을 어떻게 이용하는가?
- 회전축도 변할 수 있을까?
- 에너지란 무엇인가?
- 에너지는 어떻게 변환되는가?
- 공을 위로 던질 때는 어떤 에너지가 관계되는가?
- 계의 전체 에너지는 절대 바뀌지 않는가?
- 운동량과 에너지 보존 법칙은 일상생활에서 어떻게 이용되는가?
- 온도가 높은 물체는 열에너지를 가지고 있다. 열에너지는 어떻게 전환되나?
- 일과 에너지는 다른 양인가? 열과 에너지도 다른 양인가?
- 누가 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙을 발전시켰나?
- 에너지 효율은 무엇을 의미할까?
- 에너지는 어떻게 측정되는가?
- 연료 속에는 얼마나 많은 에너지가 들어 있을까?
- 일률은 무엇인가?
- 마력이란 말은 어디에서 유래했는가?
- 자주 사용되는 일률에는 어떤 것이 있나?
- 재생 에너지는 무엇을 뜻하는가?
- 간단한 도구란 무엇인가?
- 간단한 도구의 한계는 무엇인가?
- 역학적 능률이 1보다 작은 도구를 사용하는 이유는 무엇일까?
- 단순한 도구에는 어떤 것들이 있을까?
- 빗면은 어떻게 이용되나?
- 어떻게 쐐기가 빗면과 같은 원리로 작동하나?
- 나사는 어떤 종류의 단순 도구인가?
- 지레는 무엇인가?
- 지레의 효율은 얼마나 되나?
- 지레의 예는 어떤 것들이 있나?
- 축바퀴는 어떻게 지레와 유사한가?
- 축바퀴의 예는 어떤 것들이 있나?
- 도르래도 단순 도구라고 할 수 있나?
- 도르래를 사용하는 또 다른 방법이 있는가?
- 누가 톱니바퀴를 발명했나?
- 톱니바퀴는 무엇이며 왜 이것이 단순 도구인가?
- 톱니바퀴의 발전에 시계가 어떻게 중요한 역할을 했나?
- 오늘날 톱니바퀴는 어떻게 이용되고 있는가?
4장. 정역학
무게 중심
정역학
교량과 다른 ‘정적인’ 구조물들
5장. 유체
물의 압력
혈압
대기압
가라앉기와 뜨기: 부력
유체 역학:수력학과 기체 역학
공기 역학
음속 장벽
초음속 비행
- 가라앉는 물체와 뜨는 물체는 무엇이 다른가?
- 부력은 무엇인가?
- 왜 돌은 가라앉고 나무는 뜰까?
- 물속에서 돌을 들기 쉬운 이유는 무엇일까?
- 액체의 경우와 마찬가지로 기체에서도 물체가 뜰 수 있을까?
- 기원전 3세기에 아르키메데스가 발견한 것은 무엇인가?
- 왜 작은 강철 조각은 가라앉는데 5만 톤의 강철로 만든 배는 물에 뜰까?
- 승객과 화물이 더해지면 배의 부력은 어떻게 되나?
- 배가 뜨기 위해서는 얼마나 많은 물이 필요한가?
- 비행선은 어떻게 원하는 고도에 떠 있을 수 있나?
- 왜 수소가 아니라 헬륨이 비행선에 사용되나?
- 비행선은 어떤 목적으로 사용되는가?
- 어린이가 헬륨이 든 풍선을 놓치면 어떤 일이 일어나는가?
6장. 열역학
열에너지
온도와 온도의 측정
절대 0도
물질의 상태
열
열역학
7장. 파동
물결파
전자기파
전자기파를 이용한 통신
전자기파에 정보 싣기
마이크로파
중첩의 원리
공명
임피던스
도플러 효과
레이더
차세대 기상 도플러 레이더
전파 천문학
8장. 소리
소리
소리의 속도
듣기
초음파와 초저음파
소리의 세기
음향학
음악 음향학
소음 공해
9장. 빛
빛의 속도
편광
불투명, 투명, 반투명한 물질들
그림자
반사
거울
굴절
렌즈
광섬유
회절과 간섭
색깔
무지개
시각
카메라
망원경
- 그림자는 무엇인가?
- 일식이나 월식도 그림자인가?
- 월식은 왜 일어나는가?
- 일식은 왜 일어나는가?
- 일식 때는 얼마나 어두워지는가?
- 본그림자와 반그림자는 무엇인가?
- 본그림자와 반그림자의 크기는 변할 수 있는가?
- 일식과 월식은 얼마나 자주 나타나는가?
- 일식이 일어나는 동안 지구 전체가 달그림자 안에 들어가는가?
- 언제 그리고 어디에서 다음번 개기 일식을 관측할 수 있을까?
- 미국에서 관측할 수 있었던 최근의 개기 일식은 1979년 2월 26일에 있었다. 다음번 개기 일식은 언제 볼 수 있을까?
- 다음번 개기 일식은 어디에서 언제 관측할 수 있을까?
- 일식을 바라보면 왜 위험한가?
- 백색광은 무엇인가?
- 남색은 무엇인가?
- 우리는 어떻게 물체를 보는가?
- 여러 가지 물체가 다른 색깔로 보이는 것은 무엇 때문인가?
- 누가 백색광을 무지개 색깔로 분산할 수 있다는 걸 처음 발견했나?
- 프리즘은 어떻게 빛을 분산시키는가?
- 흰색이 모든 스펙트럼의 합이라면 검은색은 무엇인가?
- 광원에서 나오는 원색은 무엇인가?
- 이차색은 무엇인가?
- 보색은 무엇인가?
- 감산 혼합은 무엇인가?
- 감산 혼합에서 2차 색은 무엇인가?
- 왜 잉크젯 프린터는 물감의 삼원색이 아니라 네 가지 색깔을 이용하여 인쇄하는가?
- 색상과 순도는 어떻게 다른가?
- 습도가 높은 여름날엔 왜 하늘이 흰색이나 회색으로 보일까?
- 일출과 일몰 때 하늘이 왜 오렌지색이나 붉은색으로 보일까?
- 바다가 파란색으로 보이는 이유는 무엇인가?
- 누가 망원경을 최초로 발명했나?
- 굴절 망원경은 무엇인가?
- 반사 망원경은 무엇인가?
- 가장 큰 반사 망원경은 무엇인가?
- 분할식 반사 망원경은 어떤 것인가?
- 허블 우주 망원경의 장점은 무엇인가?
- 허블 망원경의 문제를 해결하기 위해 어떻게 했나?
- 정전기학이란 무엇일까?
- 우리 주위에서 정전기를 어떻게 찾아볼 수 있을까?
- 전기에 대한 연구의 역사는?
- 어떻게 전기를 오락에 이용할 수 있었을까?
- 유체 모델은 전하를 어떻게 설명할까?
- 무엇이 물체를 양전하나 음전하로 대전되게 만들까?
- 전기적 인력과 척력은 어떻게 발생하나?
- 물체를 대전시키는 두 가지 방법은 무엇일까?
- 머리카락에 문지른 고무풍선이 벽에 달라붙는 이유는 무엇일까?
- 문의 금속 손잡이를 만졌을 때 왜 가끔씩 감전될까?
- 좋은 도체가 되기 위한 조건은 무엇일까?
- 부도체는 무엇일까?
- 전기력의 세기를 어떻게 측정할 수 있을까?
- 쿨롱의 법칙은 어떤 법칙인가?
- 1쿨롱의 전하량은 얼마나 많은 전하량인가?
- 검전기란 무엇일까?
- 전기장이란 무엇일까?
10장. 전기
라이덴병과 축전지
밴더그래프 정전 발생기
번개
안전 조치
전류
저항
초전도체
옴의 법칙
전력과 전기력의 사용
회로
교류 · 직류
직렬 · 병렬 회로
전기 콘센트
- 대부분의 콘센트에는 세 개의 구멍이 있는데, 각 구멍은 어떻게 사용되는 것일까?
- 전기 기계의 코드에는 세 개의 플러그가 있지만 콘센트에는 두 개의 구멍만 있을 때 어떻게 해야 할까?
- 세 개의 구멍을 두 개의 구멍으로 변환하는 어댑터의 녹색 전선이나 금속 조각은 무엇일까?
- 누전 차단기는 무엇인가?
- 샤워 도중에 전기 장치를 작동하는 것은 왜 위험할까?
- 자석은 언제 발견되었을까?
- 자석은 어떤 특성을 가지고 있을까?
- 자기장이란 무엇인가?
- 어떤 물질이 자석에 붙을까?
- 물체가 자석에 붙는 것은 무엇 때문일까?
- 어떤 물체가 가장 강한 영구 자석을 만들 수 있을까?
- 냉장고 자석은 어떻게 만들까?
- 하나의 자석을 두 조각으로 자르면 어떤 현상이 나타날까?
- 지구 자기장은 어떤 방향을 가리키나?
- 지구 자기장의 원인은 무엇일까?
- 자기 편차란 무엇일까?
- 자기장이 지구에 사는 생명체들에게 중요할까?
- 나침반은 어떻게 만들까?
- 왜 나침반의 북극이 아래쪽으로 기울어질까?
- 복각계는 무엇이며 나침반과 어떻게 다른가?
11장. 자기력
전자기
전자석을 이용한 기술
우주에서의 자기장
- 밴앨런대란 무엇인가?
- 왜 밴앨런대는 북극과 남극 주위에 분포되어 있지 않을까?
- 오로라는 어떻게 만들어지는 것일까?
- 북반구와 남반구에서 부르는 오로라는 왜 서로 다른 이름을 가지고 있을까?
- 물질에 대한 연구는 어떻게 시작되었나?
- 데모크리토스와 아리스토텔레스의 생각은 어떻게 변화했을까?
- 원자의 존재를 인정하는 데 화학이 어떤 공헌을 했을까?
- 누가 산소를 발견했나?
- 현재 사용되는 화학 기호는 누가 도입했을까?
- 돌턴은 원자를 어떻게 나타냈을까?
- 원자는 나눌 수 없는 것일까?
- 어떻게 ‘전기 원자(전자)’가 발견되었을까?
- 전자의 질량과 전하량은 얼마일까?
- 원자는 어떤 구조로 이루어져 있을까?
- 러더퍼드의 모형이 가지고 있는 문제점은 무엇일까?
- 어떤 방식으로 원자들은 빛을 방출하거나 흡수하는 것일까?
- 스펙트럼은 무엇일까? 그리고 연속 스펙트럼과 선 스펙트럼은 무엇일까?
- 원자에 의해 빛이 흡수되고 방출되는 현상을 어떻게 설명할까?
- 빛은 파동일까, 입자일까?
- 빛이 원자와 상호작용할 때 파동으로 작용할까 아니면 입자로 작용할까?
- 빛의 흡수와 방출만이 원자와 빛의 유일한 상호작용일까?
- 보어 모형의 한계는 무엇인가?
- 보어는 물리학자와 시민으로서 어떤 업적을 이루었을까?
- 하이젠베르크의 불확정성 원리는 무엇인가?
- 확률적인 성질은 어떻게 원자 모형에 적용되었을까?
- 전자는 파동일까, 입자일까?
- 엑스선은 어디서 나올까?
- 양자 역학이란 무엇일까?
- 레이저는 어떻게 발명되었나?
- 레이저 족집게란 무엇일까?
- 원자핵은 무엇으로 이루어져 있을까?
- 모든 원소들이 정해진 수의 양성자와 중성자를 가지고 있는가?
- 원자핵에 들어 있는 양성자와 중성자의 수의 비는 얼마나 될까?
- 원자핵은 어떻게 결합되어 있을까?
- 강한 상호작용은 어떻게 작용할까?
- 방사성 물질은 어떤 방사선을 방출할까?
- 퀴리 부부는 어떤 업적을 남겼나?
- 반감기란 무엇일까?
- 연대를 결정하는 데 방사능 원소가 어떻게 이용되나?
- 알파 입자를 방출해서 원자가 붕괴할 때, 원자에는 무슨 일이 발생할까?
- 알파 붕괴가 이용되는 곳이 있을까?
- 베타 붕괴의 연구가 어떻게 새로운 입자 발견에 도움이 되었을까?
- 베타 붕괴에는 어떤 힘이 관련되어 있을까?
- 감마선은 어떻게 만들어질까?
- 반물질이란 무엇일까?
- 반물질이 어떻게 의학용으로 사용되는 것일까?
- 우라늄보다 큰 원소들에는 어떤 원소들이 있는가?
- 안정성의 섬이란 무엇일까?
- 원자핵 분열이란 무엇일까?
- 어떻게 원자핵 분열이 발견되었을까?
- 핵분열을 군사적 용도로 사용하는데 물리학자들은 어떤 역할을 했나?
- 우라늄이 무기로 사용될 수 있을까?
- 왜 플루토늄이 폭탄에 사용되었을까?
- 뉴멕시코 주의 로스앨러모스에서는 어떤 연구가 이루어졌는가?
- 언제 최초로 ‘원자 폭탄’을 폭발시켰을까?
- 어떻게 플루토늄 폭탄이 사용되었나?
- 현재 몇 나라가 핵무기를 보유하고 있을까?
- 핵분열이 어떻게 평화적으로 이용되나?
- 원자력 발전의 장점과 단점은 무엇일까?
- 앞으로 더 많은 원자력 발전소가 세워지게 될까?
- 핵융합은 무엇일까?
- 현재도 핵융합이 일어나고 있는 우리에게 가장 가까운 곳은 어디일까?
- 핵융합 폭탄이란 무엇일까?
- 핵융합이 평화적 목적으로 사용될 수 있을까?
- 가장 최근의 핵융합로 연구 프로젝트는 무엇인가?
- 어떻게 레이저로 핵융합을 만들어내는 것일까?
- 언제쯤 핵융합로에서 전기를 생산해낼 수 있을까?
12장. 세상은 무엇으로 만들어졌는가?
13장. 원자의 중심부
14장. 답이 없는 질문들
양성자, 중성자 그리고 전자 너머
얽힘, 순간 이동 그리고 양자 컴퓨터
우주의 구조와 종말
- ‘표준 모델’은 무엇인가?
- 왜 물리학자들은 양성자와 중성자 안에 입자가 있다고 믿을까?
- 어떻게 입자들이 매우 높은 에너지로 가속되는 것일까?
- 가속기에서 입자끼리 충돌하면 어떤 결과가 발생할까?
- 쿼크는 어떤 성질을 가지고 있을까?
- 쿼크에도 반쿼크가 존재할까?
- 양성자나 중성자 안에서 쿼크들을 묶어놓는 것은 무엇일까?
- 쿼크는 분리할 수 있을까 아니면 항상 양성자나 중성자 안에 묶여 있어야 할까?
- 전자와 중성미자들은 쿼크, 글루온과 상호작용을 할까?
- 베타 붕괴에 중성자, 양성자, 전자, 중성미자가 관여한다. 쿼크를 이용하여 베타 붕괴를 어떻게 설명할 수 있을까?
- 양성자와 중성자가 u쿼크와 d쿼크를 포함하고 있는 유일한 입자일까?
- 아직 더 많은 쿼크와 렙톤이 있을까?
- 1세대 쿼크와 렙톤 이후의 쿼크와 렙톤은 우주에서 어떤 역할을 할까?
- 쿼크와 렙톤의 질량은 얼마나 될까?
- 쿼크와 렙톤이 가지는 질량의 근원은 무엇인가?
- 쿼크의 질량을 합하면 양성자의 질량이 될까?
- 힘을 매개하는 입자는 무엇일까?
- 중성미자는 어떻게 발견되었을까?
- 중성미자가 질량을 가지고 있다는 증거는 무엇인가?
- 어떻게 하면 표준 모델에 중력이 포함될 수 있을까?
- 무엇이 표준 모델을 대체하거나, 표준 모델에 추가될 수 있을까?
- 입자 물리에서 해결되지 않은 문제는 무엇인가?
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