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이토록 아름다운 물리학이라니

이토록 아름다운 물리학이라니

: 에펠탑부터 밀푀유까지, 당신이 몰랐던 과학의 아름다움에 대하여

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물리학 top20 2주
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품목정보

품목정보
발행일 2021년 04월 01일
쪽수, 무게, 크기 322쪽 | 910g | 162*210*25mm
ISBN13 9791191464023
ISBN10 1191464024

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책소개 책소개 보이기/감추기

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저자 소개 (6명)

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큰 건물을 짓는다는 것은 건축물의 넓이가 넓어지는 것뿐 아니라 높이가 높아지는 것에 따른 압력 증가까지 고려해야 하는 것을 의미한다. 그래서 아름다운 건축물은 항상 적당한 크기가 있기 마련이다. ‘작은 것이 아름답다’란 뜻의 라틴어 ‘Parvus est bellus’는 자연법칙인 셈이다.
--- p.13

힘의 균형을 이용하는 다른 건축물의 예로 프랑스 아베롱(Aveyron) 주의 도시 미요(Millau)에 있는 사장교(Ponts ahaubans)를 들 수 있다. 사장교란 기둥에 연결된 케이블로 다리의 상판을 들어 올려 건설한 다리로 그 형태가 배의 돛에 연결된 밧줄들을 연상시킨다. 사장교의 케이블들은 기둥을 중심으로 좌우 대칭을 이뤄 다리가 수평 방향으로 균형을 잡게 한다. 그래서 다리는 내부 균형을 유지할 수 있으며 미국 샌프란시스코의 금문교(Golden Gate)와 같은 현수교에서 보듯이 케이블을 다리 끝에 강하게 고정할 필요가 없다.
--- p.38

그런데 왜 이렇게 팽팽한 표면은 항상 말안장 모양으로 나타날까? 고개는 항상 위쪽으로 굽은 곡선(양 끝이 올라가는 능선)과 아래쪽으로 굽은 곡선(산을 넘기 위한 최단 거리의 고갯길)으로 나타나는 기하학적 특징을 가지고 있다. 이 2개의 가상 곡선을 팽팽하게 당겨진 천막의 장력을 표시하는 선이라 생각해보자. 그러면 위로 구부러진 곡선이 나타내는 장력은 표면을 위로 잡아당기는 반면, 아래로 구부러진 곡선이 나타내는 장력은 표면을 아래로 잡아당긴다는 사실을 알 수 있다. 따라서 이러한 장력을 받아 휘어진 곡면의 경우에는 매우 정교한 균형 아래에 놓여 있어야만 하고, 그 균형은 말안장 모양에서만 가능하다.
--- p.46

비눗방울이 둥근 이유는 기포 면에 작용하는 힘 때문이다. 기하학적인 관점으로 볼 때, 이 힘은 기포 안에 들어 있는 공기를 최소한의 면적으로 가두려고 한다. 해당 조건을 만족시키는 형태가 바로 구(球)다. 비슷한 이유로 하늘에 떠 있는 물방울 또한 둥근 모양이다.
--- p.54

거품은 겉으로 보기에는 무질서해 보인다. 하지만 거품의 구조에는 규칙성이 있다. 이를 이해하기 위해 우선 비눗방울 4개가 모두 서로 만나는 경우를 생각해보자. 이 경우 4개의 방울이 공통으로 만나는 한 점이 생긴다. 그리고 그 점으로부터 방울들의 경계인 4개의 모서리가 만들어진다. 4개의 모서리는 정사면체의 중심에서 4개의 꼭짓점을 연결한 선들과 같은 구조다. 따라서 이 모서리들은 3차원 공간에서 서로 120°의 각도를 이룬다. 이 기하학적 규칙성은 표면장력이 만드는 결과다.
--- p.63

신화에서나 나올 듯한 올림피아 경기장에서 부서진 잔해물들이 아니라 멀쩡한 원형 그대로 오늘날까지 남아 있는 것들이 있을까? 답은 ‘그렇다’이다. 그것은 바로 운동경기에서 선수들이 입장할 때 지나가는 아치형 입구다. 프랑스에서 가장 잘 보존된 건축물은 무엇이 있을까? 주로 돌다리들이다. 이런 유적들에는 모두 공통적인 건축 원칙이 하나 있다. 바로 돌로 만들어진 아치형 구조라는 것이다.
--- p.76

물체가 쪼개지는 것은 보통 표면에 균열이 시작되고 그 균열이 재료 전체로 퍼져나가서 생긴 결과다. 유리와 같은 물질은 이러한 현상이 급격하게 진행되며 균열이 일어난 면은 매우 매끄럽다. 쉽게 말해 유리는 잘 깨진다. 이를 전문용어로 취성파괴(소형변형을 거의 하지 않고 일어나는 파괴-옮긴이)라고 한다. 반면, 고무찰흙과 같은 재질은 잡아당기면 모양이 되돌릴 수 없는 형태로 늘어나다가 결국 끊어진다. 이것을 연성파괴라고 한다.
--- p.87

거미에게 있어서 식량은 목숨과도 같아서 먹을 것을 잡기 위해 설치하는 그물은 정교한 구조를 가지고 있다. 거미줄은 언뜻 보면 약해 보이지만, 실제로는 강철보다도 더 강하다. 거미줄의 직조 방법이 화학 섬유 산업에 크게 기여할지도 모른다.
--- p.94

그런데 왜 연구자들은 젖은 머리카락의 응집을 조목조목 공들여서 연구할까? 사실, 머리카락이 저절로 다발을 만들어나가는 자기-조립 메커니즘은 우리 일상 속의 수많은 장치들 속에서 아주 작은 형태로 사용되고 있다. 한 예로 우리가 매일 사용하는 휴대폰의 수직을 기준으로 기울어진 정도를 알려주는 센서를 들 수 있다.
--- p.107

두 알갱이 사이에 물 한 방울이 있으면, 이 물은 두 알갱이들 사이를 연결하는 다리를 만들어 약한 결합을 강하게 만들어준다. 액체는 자유롭게 그 모습이 바뀔 수 있어 알갱이의 표면에 존재하는 모든 굴곡에 맞춰질 수 있기 때문에 두 알갱이 사이의 접촉면을 매우 크게 증가시킨다. 이 결과로 발생하는 인력을 모세관 힘이라 부른다.
--- p.173

도자기의 재료인 고령토는 세공하기가 쉽고, 또 구워놓으면 아주 날카로운 칼로도 흠집을 내기 힘들 정도로 매우 단단하고 내구성이 좋게 바뀌기 때문에 많은 사람들에게 사랑받고 아주 인기 있는 재료다. 어떻게 이것이 가능할까? 이에 대한 답은 고령토의 구성성분과 구조에 숨어 있다.
--- p.198

2001년에 처참하게 붕괴된 세계 무역 센터의 두 건물과 꽃병 속의 꽃은 어떤 물리학적 관련이 있을까? 건축가들에게는 악몽과 같은 재난이 될 수 있는 역학적 불안정성이 바로 이 둘 사이의 공통점이다.
--- p.214

장대는 도움닫기를 하며 얻는 수평 방향으로의 속도를 수직 방향의 속도로 전환해준다. 또한, 도움닫기의 마지막 단계에서 선수는 장대의 한쪽 끝을 바닥에 꽂으면서 장대를 구부려 장대에 탄성을 만들어낸다. 그리하여 장대에 축적된 탄성 에너지가 점차 선수에게 전달돼 선수가 공중으로 날아오를 수 있게 한다.
--- p.228

식물은 가만히 있는 것처럼 보이지만, 사실 움직일 수 있으며 때로는 격렬하게 움직일 수도 있다. 이런 움직임의 동력은 주로 식물 조직 안에서 나타나는 물의 이동에 기반한다. 식물의 세포막 사이로 물이 들어갔다 나오면 식물의 세포 조직들이 팽창하거나 수축하고, 이에 따라 전체적으로 식물의 모습이 천천히 변화한다.
--- p.243

현이 충분히 펴져 장력이 약해지면 다시 활이 현을 붙잡아서 끌어당기고 또 떨어지는 과정이 반복된다. 이렇게 현과 활이 미끄러지는 ‘두 과정의 반복’이 운동의 한 주기를 형성하고, 이 주기가 악기가 갖는 음의 높이를 결정한다.
--- p.255~256

화성의 모래 언덕은 사하라 사막의 모래 언덕과 모양은 똑같지만, 크기는 10배나 더 크다. 반면, 해저에 생기는 똑같은 모양의 언덕은 육지의 언덕보다 100배나 더 작다. 모래 언덕 모양의 이러한 보편성은 물리학자들에게는 축복이라 할 수 있다. 왜냐하면 여러 모래 언덕을 비교 연구하여 땅 위의 모래 언덕들이 어떻게 형성됐는지를 설명할 수 있는 모델을 확립할 수 있기 때문이다.
--- p.265

찢어진 부분은 왜 항상 뾰족한 모양일까? 이 현상에서 가장 중요한 요소는 얇은 막의 역할이다. 이를 이해하기 위해 토마토를 살펴보자. 토마토 껍질을 벗기기 위해 껍질의 한 부분을 잡아당기면, 벗겨진 껍질이 세게 말려들어 간다. 얇은 막의 일반적인 특성대로, 늘어나는 것보다 휘어져 말리는 것이 쉽기 때문이다.
--- p.281

얇은 막 위에 균열이 만드는 아름다운 무늬를 관찰해보자. 이러한 무늬는 일상생활 속의 여러 군데에서 볼 수 있다. 건물에 칠해진 페인트, 여러 제품의 투명한 유약, 태양 전지판의 보호 코팅 등이 있다. 하여간 이러한 균열은 서로가 연결된 복잡한 네트워크처럼 계층적인 구조를 만든다.
--- p.297

의심할 여지 없이, ‘유리’하면 가장 먼저 떠오르는 것은 쉽게 깨진다는 특성일 것이다. ‘루퍼트 왕자의 눈물(Prince Rupert’s drop)’이라 불리는 유리구슬이 이 특성을 아주 잘 보여준다. 이 유리 방울은 한쪽 끝이 늘어나 가늘고 긴 꼬리를 가진 독특한 모양을 하고 있어서 마치 눈물이 굳은 상태로 시간이 정지된 것 같은 모습을 하고 있다.
--- p.310

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