[다산북스/책 증정] 『모든 계절의 물리학』을 저자 & 편집자와 함께 읽어요!

“ P54 지친 하루를 밝히는 양자역학의 빛,연필은 참 신기한 도구다, 종이 위에 쉽게 흔적을 남기기 때문이다. 그 이유는 연필심의 주성분인 흑연으 격자 구조가 갖는 특성 때문이다, 흑연의 원자들은 '판데르발스 Van der Waals 결합' 이라는 특별한 형태로 결합되어 있다 📙독서기록 ; 지친하루를 위안하는 연필로 글을 쓰면 글씨를 쓰는 속도와 내 생각의 속도가 맞아 편하게 산책하는 기분이 든다. 작가님의 표현대로 연필의 특별한 판데르발스 결합 " 약한끌림"은 마치 은은한 카모마일 차향과 같다는 생각이 들어요. 김기덕 교수님께 감사드립니다. 물리학 매력에 빠져가는 시간 🌫️ 판데르발스 결합(Van der Waals forces)이란? 👉 분자와 분자 사이에 작용하는 아주 약한 인력(끌어당기는 힘)입니다. 화학 결합(공유결합, 이온결합)처럼 전자를 주고받는 강한 결합이 아니라, 👉 순간적인 전하 불균형 때문에 생기는 “약한 끌림”입니다. ”

“ p.24 우리의 작은 버킷 리스트 밤하늘을 좋아하는 아내의 버킷 리스트 중 하나는 핀란드에 가서 오로라를 보는 것이다. ⟪독서기록⟫ 오로라에 대해 챗GPT 통해 찾아보는 시간이 되었어요. 오로라 이름으로 부르게 되었는지 어원에 대해 올려봅니다. - Aurora는 라틴어로 “새벽, 여명(黎검을 여明밝을 명)”을 의미합니다. . 어근: aur- → “빛나다, 밝다” / 의미: 어둠을 밝히는 첫 빛 로마 신화 속 ‘아우로라’ 🌅 Aurora는 로마 신화의 새벽의 여신 이름 매일 아침 하늘을 열고 태양이 떠오르도록 만드는 존재 그래서 “하늘에 퍼지는 빛” = Aurora라는 이름이 붙었습니다 왜 오로라에 이 이름을 붙였을까? 북극의 밤하늘에 나타나는 빛이 마치 새벽빛처럼 퍼지고 움직이기 때문 어둠 속에서 빛이 번짐 하늘이 물들듯 변화 신비롭고 부드러운 움직임 👉 그래서 과학자들이 이 현상을 “Aurora”라고 명명 👉 오로라(Aurora)라는 이름은 이탈리아 과학자 갈릴레오 갈릴레이가 붙였습니다. 1️⃣ 언제 이름이 붙었나? 📅 약 1619년 갈릴레이가 이 현상을 관찰하고 “Aurora Borealis” (북쪽의 새벽빛)이라고 명명 . 왜 이런 이름을 붙였을까? 갈릴레이는 오로라를 보고 “마치 새벽처럼 하늘이 빛난다”라고 생각했습니다 그래서: Aurora = 새벽 (로마 신화의 여신 이름) Borealis = 북쪽 합쳐서 “북쪽 하늘에 나타난 새벽빛” 📙김기덕 교수님께 감사 인사 신기한 과학의 세계 모든 계절의 물리학 봄을 통해 핀란드 북쪽하늘으 향한 오로라를 보러 다녀온 듯해요. 감사합니다. ”

“ 수정진동자가 빠르고 일정하게 진동할 수 있는 이유는 글로켄슈필이 다양한 음의 소리를 내는 원리와 같다. 글로켄슈필의 짧은 건반을 두드리면 높은 소리가, 긴 건반을 두드리면 낮은 소리가 난다. 건반이 서로 다른 음을 내는 이유는 건반마다 고유한 진동수를 각기 다르게 갖기 때문이다. 진동수는 1초당 물체가 몇 번 진동하는지 나타낸다. 물체가 갖는 고유진동수는 그 물체의 물질, 크기, 모양, 무게 등에 따라 달라진다. 같은 물체라면 크고 무거울수록 진동하기 어렵기 때문에 느리게 진동하고, 당연히 고유진동수도 작다. 그래서 긴 건반이 낮은 소리를 내는 것이다. 또한 물체의 고유진동수는 변하지 않기 때문에 두드릴 때마다 매번 같은 음을 낼 수 있다. ”

“ 연필은 참 신기한 도구다. 부드럽게 뭉개지는 크레파스와 달리 심이 아주 단단한데도 종이 위에 쉽게 흔적을 남기기 때문이다. 그 이유는 연필심의 주성분인 흑연의 격자 구조가 갖는 특성 때문이다. 흑연의 원자들은 '판데르발스Van der Waals 결합'이라는 특별한 형태로 결합되어 있다. (57쪽) 탄소 원자들 사이의 직접적인 결합은 아주 강력해서 웬만한 힘으로는 끊어내기 어렵지만, 벌집 같은 구조의 얇은 원자 막들은 판데르발스 결합 방식으로 묶여 있다. 강력한 공유결합이 일어나지 않는 만큼 이 결합은 쉽게 끊어진다. 그래서 종이 위에 연필심을 긁으면 흑연 조각들이 떨어져 검은 흔적이 남는 것이다. (58-59쪽) 분자는 양전하와 음전하가 서로 균형을 이루는 중성 상태지만, 판데르발스 결합으로 인해 일시적으로 전자의 위치가 재배치되면 힘의 균형이 깨져 분자 간 결합이 가능해진다. 액화 질소나 액화 산소가 존재할 수 있는 이유도 판데르발스 결합 때문이다. 그러나 이 결합 방식은 분자들 사이에 작용하는 인력이 아주 약하다. 빠르게 날아다니던 기체 상태의 분자를 잡아두기에 역부족이다. 그래서 온도를 낮추어 기체 분자의 속도를 충분히 느리게 해주어야 기체를 액체 상태로 만들 수 있다. (64쪽) ”

“ 일반적으로 고체 상태에서 원자 간 결합은 전자에 의해 매개된다. 가장 간단한 결합 방식은 '공유결합'이다. 이 방식은 두 개의 원자가 사이에 여러 개의 전자를 공유하며 결합하는 방식이다. 전자는 음(-)전하를 띠는 입자라 두 개의 원자 사이에서 양(+)전하를 띠는 원자핵을 끌어당겨 두 원자가 서로 붙어 있도록 만든다. 전자가 마치 접착제 같은 역할을 하는 것이다. 두 번째 방식은 '이온결합'이다. 이 방식은 한 원자에서 다른 원자로 전자를 완전하게 넘기며 결합하는 방식이다. 이 과정에서 자신이 갖고 있던 전자를 잃거나 새로운 전자를 얻게 되어 기존에 갖고 있던 개수와는 다른 수의 전자를 갖게 된 원자들을 '이온'이라고 부른다. 전자를 하나 더 갖게 된 원자는 음전하를 띠는 '음이온'이, 전자를 하나 잃어버리게 된 원자는 양전하를 띠는 '양이온'이 된다. 서로 반대되는 성질의 두 이온은 서로 끌어당기며 결합한다. (57쪽) 물 분자에서 일어나는 분자 간 결합은 '수소결합'이라고 한다. 수소는 여러모로 특이한 녀석인데, 양성자 하나와 전자 하나로 이루어진 가장 간단한 원자기도 하고, 가장 가벼운 원자기도 하다. 수소가 다른 원자와 결합할 때는 보통 전자를 빼앗기는 경우가 많다. 그래서 전자를 빼앗긴 수소 원자는 양전하를 띠는 양성자에 가까워진다. […] 물 분자가 되면 전자를 잃어버린 수소 원자는 양성자가 중심이 되어 양전하를 띠게 되고, 산소는 전자를 얻게 되어 음전하를 띠게 된다. 서로 다른 물 분자에 있는 수소와 산소는 서로를 끌어당겨 분자들 사이에 강한 인력이 작용하게 된다. 이런 결합 방식이 바로 수소결합이다. (65쪽) 수소라는 세상에서 가장 작은 원자 덕분에 물은 상온에서 액체 상태로 존재할 수 있고 100도에서 끓는다. (66쪽) ”

“ 뜨거운 물체에서 빛이 나는 현상을 물리학에서는 '흑체복사'라고 한다. (67쪽) 흑체복사가 발생하면 넓은 범위의 파장을 가진 빛이 만들어진다. 플랑크가 양자역학을 도입하여 유도한 공식에 따르면 물체는 뜨거울수록 밝게 빛나고, 그 빛을 구성하는 파장은 짧아진다. 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선 중 빨간색 빛이 가장 긴 파장을 가지고, 보라색 빛이 가장 짧은 파장을 가진다. 그래서 뜨거울수록 빛의 파장이 짧아진다는 것은 빛의 스펙트럼이 붉은색에서 푸른색으로 옮겨간다는 의미다. (67쪽) 백열전구가 기분 좋게 느껴지는 이유는 따뜻한 색을 내기 때문이라는 점도 있겠지만, 어쩌면 태양이 빛을 발하는 원리와 같기 때문일지도 모른다. 사실 우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 가장 뜨거운 흑체복사의 대표적인 예가 바로 태양이다. […] 태양의 온도는 5500도 정도 된다. 그래서 태양은 가시광선 영역뿐 아니라 파장의 길이가 그보다 더 짧은 자외선 영역의 빛까지 내뿜는다. 그 덕분에 우리는 언제나 밝고 따뜻한 태양광을 누릴 수 있지만, 동시에 아주 적은 양의 자외선을 같이 쬐게 되었다. (70쪽) ”

“ p.39 한 번의 움직임을 위한 3만 번의 흔들림 - 1초당 발생하는 0,1초의 오차는 하루 24시간이 지나면 두 시간 이상의 오차가 된다. 그러니 어떤 물리학적 원리를 이용하든지 간에 1초마다 혹은 1초를 2,3,4등의 자연수로 나눈 만큼의 시간마다 바늘이 정확히 움직여야 한다. 시계를 만들기 위해서는 주기운동을 하는 물리 현상이 필요하다. 가장 간단한 주기운동 물리 현상은 진자운동이다. 막대끝에 달린 무게 추를 공중으로 들어 올렸다가 놓으면 일정한 주기를 가지고 왕복으로 움직인다. 진자운동의 주기는 무게 추에 연결된 막대 길이와 관련이 있는데, 막대의 길이가 길어질수록 주기도 길어진다. 물론 길이가 두 배 길어가 길어질수록 주기도 길어진다 . 물론 길이가 두 배 늘어난다고 해서 주기도 딱 두 배만큼 늘어나는'선형 비례관계' 는 아니지만 말이다. 우리 주변에서 찾을 수 있는 가장 대표적인 주기운동으로 그네가 있다. ⟪독서기록⟫ - 주기운동: 어떤 물체가 같은 상태로 다시 돌아오는 데 걸리는 시간이 일정함 이 시간을 주기(Period, T)라고 함 . 즉, “반복 + 일정한 시간” = 주 기운동 - 주기 (Period, T)는 한 번의 운동이 완전히 반복되는 데 걸리는 시간을 의미합니다. - 선형비례관계란? 한 변수가 변하면 다른 변수도 일정한 비율로 같이 변하는 관계 .같은 비율로 늘어나거나 줄어드는 관계 . 반복 + 일정한 시간 = 주기운동 책을 읽고 기록하는 시간이 흐를수록 우리들의 일상생활 속 물리학의 보이지 않는 세계를 들여다보며 물리학이 유쾌한 학문이구나라는 생각이 들었습니다. 감사합니다. ”

“ 물질의 색과 질감에는 저마다 이유가 있고, 하늘에서 내리쬐는 햇빛이나 별빛에도 모두 사연이 있다. 인간도 그 자연의 일부다. 그러니 물리학을 사랑하는 사람에게 자연은 아름다운 글귀로 가득한 시집이다. 4~5쪽 숫자를 지키지 못하면 어떤가. 포기하지 않는 것이 중요하지. 12쪽 이 같은 원리는 흔히 충돌로 인한 힘을 줄이는 데 사용된다. 교통사고가 났을 때 터지는 자동차의 에어백과 추락하는 사람을 받아주는 거대한 에어 매트가 그 예다. 충돌의 순간이 찰나여도 이 순간을 조금만 길게 늘리면 한 생명을 살릴 수 있다. 0.01초를 0.1초로만 늘려도 충격량은 10분의 1로 줄어들고, 1초로 늘리면 100분의 1로 줄어든다. 15쪽 그러니 두 물체 사이에 마찰이 있다고 해서 그들의 사이가 나쁘다고 볼 수는 없다. 오히려 두 물체의 표면에 있는 분자들의 사이가 좋아서 마찰이 생긴다고 보아야 한다. 17쪽 물리학적으로 오로라가 발생하는 원리는 두 가지 사실을 바탕으로 하고 있다. 하나는 지구가 일종의 거대한 자석이라는 점, 다른 하나는 앞서 말했듯 지구라는 자석에 갇힌 전자가 빙글빙글 돌며 자기장 영역에 갇혀 있다는 점이다. 35쪽 이때 전자가 대기에 있는 기체와 충돌하면서 빛을 내는데, 이 빛이 바로 우리가 보는 오로라다. 그러니 아름다운 오로라는 지구의 자기장이 우리를 태양에서 지켜주고 있다는 증거기도 하다. 36~37쪽 우리 눈에 보이는 것은 1초에 한 번 움직이는 초침이지만, 수정진동자는 이 한 번의 움직임을 위해 3만 번 넘게 떨고 있다. 44쪽 키보드로 글을 쓰면 내 생각보다 손가락이 더 빠르게 달려 나간다.생각보다 더 멀리 저만치 나아간 글을 지우고 다시 쓰기를 반복하느라 글을 지울 때 사용하는 백스페이스키가 유난히 고생한다. 하지만 연필로 글을 쓰면 글씨를 쓰는 속도와 내 생각의 속도가 맞아 편하게 산책하는 기분이 든다. 56쪽 연필은 참 신기한 도구다. 부드럽게 뭉개지는 크레파스와 달리 심이 아주 단단한데도 종이 위에 쉽게 흔적을 남기기 때문이다. 그 이유는 연필심의 주성분인 흑연의 격자 구조가 갖는 특성 때문이다. 흑연의 원자들은 '판데르발스 결합'이라는 특별한 형태로 결합되어 있다. 57쪽 수소라는 세상에서 가장 작은 원자 덕분에 물은 상온에서 액체 상태로 존재할 수 있고 100도에서 끓는다. 물은 수소결합의 가장 대표적인 예지만, 수소결합을 하는 유일한 물질은 아니다. 수소 원자를 품고 있는 다양한 물질이 수소결합을 할 수 있다. 게다가 생각보다 과정도 복잡하다. 의외로 많은 생물학적ㆍ화학적 현상이 이 수소결합에 빚지고 있다. 66쪽 왜 이런 쓸데없는 일들을 굳이 연구하는지 묻는다면 많은 물리학자의 일이 한낱 취미로 전락해 버릴 것이다. 응용이라는 측면에서 보면, 듀어의 실험을 통해 냉동 기술의 많은 부분이 발전하게 되었다. 이런 과정을 통해 만들어진 기술로 우리는 지금 보온병뿐 아니라 냉장고도 사용하고 있으며, 계절에 상관없이 언제나 차가운 음료도 마실 수 있다. 81쪽 ”