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두려움 없이, 걱정 없이, 두 번 읽는 물리 교과서

이 책의 제목인 “물리요?”를 그저 밋밋하게 읽으면 이 말의 진정한 뜻을 제대로 볼 수 없다. 조금 강조하자면, 처음부터 두 눈을 동그랗게 뜨고 상대방의 눈을 정면으로 바라보면서 놀란 듯이 약간 높은 말투로 시작하여 마지막 물음표 앞의 ‘요’자를 읽을 때는 더욱 강하게 높여 읽어야 제맛이 난다.

측정, 운동, 힘, 일, 에너지, 중력…
쓰임말로 만나는 물리 입문서

보통 ‘물리’라고 하면 대부분의 사람들은 “네? 물리요?”라며 눈을 크게 뜨고서, 물리는 너무나 어려운 분야이고, 사실 무슨 말인지 잘 모르겠다며 대화 주제를 돌리고 싶어 할 것이다. 물리에 대한 이런 반응에는 여러 가지 원인이 있겠지만, 운동, 힘, 일 같은 일반적인 역학 쓰임말들은 일상생활에서도 매우 흔하게 사용되지만 그 뜻이 물리학에서의 진짜 뜻과는 다르게 사용되기 때문에 생기는 경우가 많다. 따라서 측정, 운동, 힘, 일, 에너지, 입자계, 중력 등 물리학 분야의 대표적인 쓰임말을 제대로 이해한다면, 물리학 개념을 바로잡는 데 큰 도움이 될 것이다.
이 책은 이러한 대표적인 물리학의 쓰임말들이 일상생활에서 쓰이는 것과 물리학에서의 사용이 어떻게 비슷하고, 또 어떻게 다른지 다양한 예시를 들어 친절하게 설명하고 있다. 이 책을 통해 물리학 쓰임말의 개념을 보다 정확하게 이해하면서, 물리학에 대한 이해의 바탕을 보다 쉽고 재밌게 다질 수 있을 것이다. “물리요?”라고 대답하며 당황하는 모두를 위한! 두려움 없이, 어려움 없이, 다시 물리과 친해질 수 있는 책이다.

__왜 물리를 어려워하는 것일까? : 오개념
오랫동안 대학에서 물리학을 가르치면서 저자는 물리를 어려워하는 수많은 사람들을 만났다. 물리에 대한 어려움과 선입견의 원인은 무엇인지 고민하다가, 문득 학생들이 물리학 쓰임말(용어)의 개념을 매우 엉뚱하게 가지고 있는데, 그 원인이 바로 물리학 쓰임말들이 일상생활에서 쓰는 낱말들을 빌려 쓰고는 있지만 그 뜻이 ‘매우’ 제한적으로 쓰이고 있다는 사실을 미처 깨닫지 못하기 때문임을 알게 되었다. 이러한 현상을 물리 교육학에서는 ‘오개념’(誤槪念)이라고 한다. 같은 낱말이지만 일상생활에서 쓸 때의 뜻과 물리학에서 쓸 때의 뜻이 어떻게 다르고, 또 어떤 점에서 비슷한지 명확히 알지 못하면 당연히 오개념을 가질 수밖에 없다.

__물리학 쓰임말은 그 뜻이 단 하나여야 한다.
많은 물리학의 쓰임말들은 일상생활에서 쓰는 낱말들을 빌려서 쓸 수밖에 없다. 그런데 일상적인 대화에서 쓰이는 낱말들은 보통 두세 가지 이상의 뜻을 같은 낱말로 나타낸다. 예를 들어, ‘일을 한다’라고 했을 때, 일상생활에서는 직장에 출근하여 ‘일’하고, 청소를 하면서도 ‘일한다’고 하고, ‘지나가는 행인에게 일삼아 말을 걸었다’고도 한다. 그러나 ‘일’이라는 낱말이 물리학 쓰임말이 되면 그 뜻은 위에서 말한 일상생활에서 쓰는 ‘일’이라는 낱말의 여러 뜻 중에서 극히 작은 일부만을 매우 제한적으로 나타내게 된다. 바로 이러한 구분이 매우 중요한데, 이 과정에서 물리학을 공부하는 많은 사람들이 혼란을 갖기 쉽다.
일상생활에서 쓰이는 낱말을 물리학의 쓰임말로 빌려 쓸 때는 그 뜻이 단 하나여야 한다. 이 차이점을 놓치면 바로 물리학 오개념이 생기는 것이다. 물리학, 나아가서는 자연과학 쓰임말이 하나의 뜻만을 가져야 하는 이유는 바로 자연과학이 가지는 객관성 때문이다. 객관성이란 물리학, 그리고 자연과학에서는 매우 중요한 개념인데, 하나의 쓰임말은 그 뜻이 유일하여야만 이 객관성을 담보할 수 있다.

__사전적 설명, 일상생활의 뜻 비교하기
이 책에서는 물리학 쓰임말에 대하여 보다 적확한 정의와 뜻을 드러내고, 많은 사람이 쉽게 빠져드는 오개념들을 밝혀서 고치려 하였다. 우선, 특별한 경우를 제외하고는 각 장과 절의 제목은 그 장과 절을 대표하는 물리학 쓰임말로 잡았다. 물리학 쓰임말로 제목이 정해지면, 그 낱말의 사전적 뜻은 국립국어원에서 만든 ‘표준국어대사전’을 이용하여 제시하고, 이에 대응하는 영어 낱말 또는 구는 메리엄-웹스터 사전을 사용하였으며, 일반에게 잘 알려지지 않았거나 익숙하지 않은 물리학 쓰임말은 한국물리학회에서 발행한 ‘물리학 용어집’을 참고하였다. 물리학 쓰임말로 빌려 쓴 낱말들의 사전적 정의를 보면 그 낱말이 일상생활에서 어떻게 쓰이는지 알아내고, 나아가서는 물리학 쓰임말로 쓰일 때는 그 뜻이 얼마나 좁은 범위로만 쓰이는지 구분하기를 바란다.

__물리를 잘하기 위해서 국어 실력이 좋아야 한다?
물리학을 잘하기 위해서 국어를 잘해야 한다고 하면, 아마도 많은 학생들은 수능에서 얻은 자신의 언어영역 점수를 떠올리겠지만, 시험 점수와 여기서 말하는 국어 실력은 거의 관련이 없다고 해도 지나친 말이 아니다. 여기서의 국어 실력이란 얼마나 남의 말과 글을 잘 알아듣고, 또한 자신의 생각을 말과 글로 남에게 얼마나 잘 나타내는가를 뜻한다. 곧 듣기, 말하기, 읽기, 쓰기 실력이다. 물론 이런 실력이 뛰어난 사람이 시험 성적도 좋을 수는 있으나 반드시 그러한 것은 아니다. 무엇보다도 이러한 국어 실력은 꼭 물리학을 잘하기 위해서만 필요한 것은 아니다. 수학, 과학, 사회 등 공부의 여러 분야뿐만 아니라 사회생활을 원활하게 이어가기 위해서도 꼭 필요하다.

__소통의 중요성
더 나아가서 저자는 학생들에게 자신이 가지고 있는 지식이나 정보, 생각 등을 다른 사람, 특히 전달하려는 내용에 대한 이해도가 보다 낮은 사람에게도 알아들을 수 있도록 잘 풀어서 설명할 수 없다면, 그것은 아직 온전히 내 지식이나 정보가 아니라고 말했다. 그래서 학생들이 동료들과 함께 공부할 것을 권한다. 그래야 서로 자기 생각을 타인에게 설명하고, 타인의 이야기를 주의 깊게 듣다 보면 어느덧 물리학 쓰임말의 개념을 정확히 알게 되고, 나아가서는 물리학을 잘하게 되는 것이다. 특히 문제 풀이를 할 때 여러 명이 의논해서 풀면 훨씬 잘 풀릴 뿐만 아니라, 자신이 가지고 있는 오개념을 고칠 수 있다. 결국 소통, 보다 구체적으로는 언어의 문제가 물리학에서도 가장 기초적이면서도 필수적인 요소다.

__나무와 숲을 동시에 보는 통찰력이 필요하다.
그렇지만 물리학 쓰임말의 엄밀한 정의를 이해하고 그 개념을 자신의 것으로 만들려면 단순히 그 쓰임말 하나만 이해해서는 불완전하다. 예를 들어 ‘질량’이 무엇인지 알려면 관성과 중력에 대한 이해가 선행되어야 한다. 그런데, 중력에 대한 이해를 제대로 하려면 ‘힘’이 무엇인지 알아야 하고, 힘을 제대로 알기 위해서는 뉴턴의 세 가지 운동 법칙에 대한 이해가 어느 정도 되어 있어야 한다.
그런데, 뉴턴의 세 가지 운동 법칙에 대한 이해를 제대로 하려면 질량에 대해 제대로 알고 있어야 한다. 지금 이 논의를 조금 과장되게 간단히 말하면 질량에 대한 이해 없이는 질량을 이해하기 어렵다는 너무도 허망한 결론에 이른다. 하지만 이 논의의 깊은 뜻이 다른 곳에 있으니, 물리학 쓰임말을 제대로 알아야 물리학을 제대로 이해할 수 있는데, 이 쓰임말들의 뜻은 물리학에 대한 이해가 없으면 그리 쉽게 이루어지지 않는다는 것이다. 바꾸어 말하면 쓰임말 개개의 뜻을 아는 것도 중요하지만 이 쓰임말들을 꿰뚫는 하나의 큰 줄거리를 모르고는 쓰임말 개개의 뜻을 제대로 이해할 수 없다는 것이다. 물론, 물리학 쓰임말들 개개의 뜻을 모르고 물리학을 이해할 수 없다는 것은 너무 자명하다. 곧, 나무만 보아서는 숲을 알 수 없지만, 그렇다고 숲 전체만 바라보다가는 나무 하나하나는 완전히 볼 수 없게 된다. 이 둘을 동시에 볼 수 있는 능력이 필요한데, 물리학은 이러한 통찰력을 끊임없이 요구한다.

머리말

들어가기
학술적 쓰임말

1장 측정
1. 현상
2. 과학적 방법론
3. 관찰
4. 계
5. 무엇을 잴 수 있나?

2장 운동
1. 속력과 속도
1) 변위 / 2) 평균 속력과 평균 속도 / 3) 순간 속력과 순간 속도
4) 위치를 시간의 함수로 나타내다. / 5) 더 고민해 보기
2. 가속도

3장 힘
1. 제1 운동 법칙
2. 관성
3. 질량
4. 제2 운동 법칙
5. 제3 운동 법칙
6. 원운동
7. 마찰력
8. 무게
9. 압력

4장 운동량
1. 운동량 보존 법칙
2. 충돌
3. 탄성 충돌과 비탄성 충돌
4. 충격량

5장 일과 에너지
1. 일
2. 에너지
1) 운동 에너지 / 2) 퍼텐셜 에너지
3. 일-운동 에너지 정리
4. 에너지 보존 법칙

6장 입자계와 강체
1. 질량 중심
2. 질량 중심의 운동
3. 강체
4. 회전
5. 각속도와 각가속도
6. 관성 모멘트
7. 돌림힘
8. 각운동량
9. 부피를 무시할 수 없는 물체의 운동
10. 비김
11. 안전

7장 중력
1. 중력의 발견?
2. 뉴턴의 중력 모형
3. 중력과 질량
4. 무엇이 뉴턴을 위대하게 만들었나?
1) 만유인력? 아니, 만유중력! / 2) 행성을 점으로 취급한다고?
5. 자유 낙하
6. 인공위성의 원리
7. 블랙홀

맺는말