핵심물리학, 2색판    
지은이 Richard Wolfson대표역자 김인묵  
 
 
2008년 10월 20일 출간
866쪽 | A4
ISBN 9788992592758
정가 30,000원
   
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거의 모든 자연계 학부생들은 전공에 무관하게 두 학기의 일반물리학을 수강하고 있다. 특히 수학이나 물리학과는 거리가 먼 것으로 여겨지던 생명과학 또는 사회과학 분야에서조차 일반물리학에 대한 관심과 수요가 점점 증가하고 있다. 따라서 일반물리학 수강생의 배경은 매우 다양하다. 이미 고등학교에서 배운 물리학을 보다 더 깊이 알고자 하는 학생이 있는 반면에, 고등학교에서 배운 물리학에 진저리나지만 어쩔 수 없이 수강해야 하는 학생도 있고, 고등학교에서 물리학을 전혀 배우지 않아서 일반물리학 강의가 낯설고 두려운 수강생도 있다.

물리학은 기초과학이다. 일반물리학을 수강하는 학부생들의 배경이 어떻든 일반물리학 강의의 목표는 모두 똑같다. 즉, 자연현상의 기본개념으로 물리학을 이해하는 것이다. 물리학은 일상생활에서 자연현상까지, 극미한 세계에서 거대한 세계까지, 순간에서 영원까지 무엇이 어떻게 작동하는지 기본개념으로 설명한다. 복잡한 현상을 설명하지만 모든 것을 설명하려고 하지는 않는다. 실제로 이해하여야 할 기본개념은 복잡하지도 많지도 않다. 물리학은 간단하다. 단순명료한 기본원리로부터 복잡한 자연현상과 기술적 다양성을 이해할 수 있기 때문이다.

그럼에도 불구하고 대학에서 사용하는 일반물리 교재는 참으로 많다. 종류가 많을 뿐만 아니라, 한 권의 일반물리학 교재도 점점 두꺼워지고, 내용이 방대해지고, 화려해지고, 다양해지고, 그리고 비싸진다. 물론 모든 것의 이해에 필요한 모든 것을 수록한 백과사전식 일반물리학 교재도 중요하지만, 모든 수강생의 공동 목표인 물리학의 이해에는 물리학의 핵심개념이 우선되어야 한다. 모든 것을 이해하기 위하여 모든 것이 필요한 것이 아니기 때문이다.

이러한 일반물리학 교재가 바로 “핵심물리학”이다. 1976년부터 물리학을 강의해 온, Middlebury 대학의 Benjamin F. Wissler 석좌교수인 Richard Wolfson 교수가 저술한 “Essential University Physics”이다. “핵심물리학”은 간단명료하지만 물리학의 전통적 기본개념을 모두 포함한다. 따라서 전략적이며 핵심적이다.

Wolfson 교수는 물리문제를 정량적으로 풀이하기 위한 문제풀이 요령으로 IDEA (Interpret, Develop, Evaluate, Assess) 네 단계를 제안한다. 즉, 해석→과정→계산→ 검증에 이르는 네 단계이다. IDEA 요령은 물리문제를 풀이하는 요리하기식 요령이 아니다. 기본개념을 토대로 문제를 해석하고, 정리하여 풀이과정을 수립한 뒤에, 체계적으로 계산해서 답을 구하고, 얻은 답이 물리적으로 타당한 답인지 검증하고 논의하는 단계별 문제해결 방안이다.

이 외에 다음의 요소들로 각 장을 정리, 보완, 확인, 응용, 요약한다. 이 책의 특징인 이들 요소들을 배제하면 결국 물리학의 핵심만 남는다. 따라서 다음의 요소들은 핵심을 잡기 위한 보조수단들이다.

■ 학습요점과 예비지식 : 각 장에서 새롭게 배워야 할 기본개념을 학습의 요점으로 명시하고, 이에 필요한 예비지식을 정리하여 학생들의 준비에 도움을 준다.
■ 문제풀이 요령 : 해석→과정→계산→검증에 이르는 IDEA 네 단계로 주요한 풀이요령을 제시한다. 모든 장에 제시되지 않지만 주요한 풀이에 핵심적인 풀이요령이므로 빠짐없이 확인하여라.
■ 핵심요령 : 문제풀이에 필요한 특별한 수단과 요령을 간단하게 정리한다. 특히 문제풀이에 필요한 수학적 수단에 대해서 정리한 내용은 배운 바가 없어도 일단 그대로 따르기만 해도 무방하다. 물리학과 수학을 혼동할 필요가 없다.
■ 궁리 : 기본원리의 맹점이나 오개념에 대한 경고이며 도움이다. 한 번씩 확인하여라.
■ 응용물리 : 실생활에서 접하는 복잡 다양한 현상과 응용을 물리학의 핵심개념으로 설명한다. 사실상 거의 모든 것을 기본개념으로 파악할 수 있는 물리학의 이해력과 응용성을 잘 보여준다.
■ 요약 : 각 장의 핵심적 내용을 요약한다. 이를 위해서 기본개념, 핵심방정식, 추가내용으로 정리하면서, 핵심과 주변을 구분한다. 특히, 몇 개의 장을 아우르는 각 부의 요약에서 주요 물리영역과 개념을 일목요연하게 정리한다. 문제풀이 전에 한 번씩 정리하고 확인하면 크게 도움이 된다.
한편 물리문제를 확인문제, 보기문제, 탐구문제, 연습문제, 실전문제, 도전문제로 구분한다.
■ 확인문제 : 각 장마다 주요한 기본개념을 확인할 수 있도록 핵심 내용에 따라 몇 개 씩 본문에 배치한다. 이를 통해서 즉각적이면서 명료하게 자신의 오개념을 파악할 수 있다.
■ 보기문제 : 각 장마다 기본원리를 통한 문제풀이의 본보기로 제안한 문제들이다. IDEA 요령에 따라 풀이과정을 네 단계로 제시한다. 연습문제나 실전문제를 다룰 때 필요에 따라 본보기로 삼으면 크게 도움이 된다.
■ 탐구문제 : 각 장의 문제들 앞에 제시한 십여 개의 질문들이다. 나의 개념과 이해를 토대로 다른 수강생들과 함께 토론과 발표로 논의하고 탐구할 문제들이다.
■ 연습문제 : 각 장의 각 절별로 자신의 풀이능력을 담금질하는 문제들이다. 필요하면 본문으로 되돌아가서 확인하고 되새기며 문제를 풀이하여라. 본문과 보기문제를 참고하면서 풀어도 무방하다.
■ 실전문제 : 각 장의 끝에 주어진 대부분의 문제들로서 내용이 다양하고 난이도가 비교적 높다. 확인하고, 탐구하고 연습한 자신의 능력을 십분 발휘할 기회이다. 도전하여라.
■ 도전문제 : 몇 개의 장을 아우르는 각 부의 요약에서 마무리로 하나씩 제안하는 문제들이다. 특별히 어렵거나 복잡하지 않지만, 통합적 사고력을 필요로 한다.

이러한 핵심내용과 요령을 Wolfson 교수의 의도대로 전달하기 위하여, 옮긴이는 “핵심물리학”을 본문과 문제로 크게 양분했다. 바라건대, 가르치는 이는 본문의 핵심적 흐름을 일관성 있게 강의할 수 있으며, 배우는 이는 주변을 두리번거릴 필요 없이 집중적으로 물리학의 핵심에 몰입할 것으로 기대한다. 특히 각 장 및 각 부의 요약부분을 문제의 앞에 내세워서 본문에 기대지 않고도 핵심 개념과 요령을 파악하여 문제풀이에 도움이 되도록 배려했다. 또한 원저의 부록에 인명(부록 F)과 약어(부록 G)를 추가하여 필요한 정보를 쉽게 파악하도록 정리하였다.

2008년 9월
안암골에서
대표역자 김 인 묵
 
 
 
Chapter 1 물리 시작하기 1
1.1 물리 영역 1
1.2 측정과 단위 2
1.3 숫자 다루기 5
1.4 물리 배우기 7

PART 1 역학 9

Chapter 2 직선운동 11
2.1 평균운동 11
2.2 순간속도 13
2.3 가속도 15
2.4 등가속도 17
2.5 중력가속도 20

Chapter 3 2차원 운동, 3차원 운동 23
3.1 벡터 23
3.2 속도벡터, 가속도벡터 26
3.3 상대운동 27
3.4 등가속도운동 28
3.5 포물체운동 29
3.6 등속원운동 34

Chapter 4 힘과 운동 37
4.1 운동의 원인 37
4.2 뉴턴의 운동법칙 38
4.3 힘 42
4.4 중력 43
4.5 뉴턴 운동법칙의 응용 45
4.6 뉴턴의 제3법칙 48

Chapter 5 뉴턴 법칙의 응용 53
5.1 제2법칙의 응용 53
5.2 다중물체 56
5.3 원운동 58
5.4 마찰 61
5.5 끌림힘 66

Chapter 6 일, 에너지, 일률 67
6.1 일 68
6.2 변하는 힘 70
6.3 운동에너지 74
6.4 일률 76

Chapter 7 에너지 보존 79
7.1 보존력과 비보존력 80
7.2 퍼텐셜에너지 81
7.3 역학에너지 보존 84
7.4 퍼텐셜에너지 곡선 88

Chapter 8 중 력 91
8.1 중력은 무엇일까 92
8.2 만유인력 92
8.3 궤도운동 94
8.4 중력에너지 97
8.5 중력장 100

Chapter 9 입자계 103
9.1 질량중심 103
9.2 운동량 108
9.3 입자계의 운동에너지 112
9.4 충돌 113
9.5 완전 비탄성충돌 114
9.6 탄성충돌 116

Chapter 10 회전운동 121
10.1 각속도, 각가속도 122
10.2 돌림힘 124
10.3 회전관성 126
10.4 회전 운동에너지 132
10.5 굴림운동 133

Chapter 11 회전벡터, 각운동량 137
11.1 각속도 벡터, 각가속도 벡터 137
11.2 돌림힘과 벡터곱 138
11.3 각운동량 140
11.4 각운동량 보존 142
11.5 옆돌기운동 144

Chapter 12 정적 평형 147
12.1 평형조건 147
12.2 무게중심 149
12.3 정적 평형의 보기 150
12.4 안정성 152

PART 2 진동, 파동, 유체 157

Chapter 13 진 동 159
13.1 진동의 기술 160
13.2 단순조화운동 160
13.3 단순조화운동의 응용 164
13.4 원운동과 조화운동 167
13.5 단순조화운동의 에너지 168
13.6 감쇠조화운동 170
13.7 강제진동과 공명 171

Chapter 14 파 동 173
14.1 파동운동 173
14.2 파동의 기술 175
14.3 줄에 생긴 파동 177
14.4 음파 179
14.5 소리의 간섭 181
14.6 반사, 굴절 183
14.7 정지파 185
14.8 도플러 효과, 충격파 188

Chapter 15 유체운동 191
15.1 밀도, 압력 191
15.2 정역학 평형 192
15.3 아르키메데스의 원리 194
15.4 유체동역학 196
15.5 유체동역학의 응용 199
15.6 점성, 막 흐름 202

PART 3 열역학 205

Chapter 16 열역학 평형 207
16.1 열과 온도 208
16.2 열용량과 비열 210
16.3 열전달 212
16.4 열-에너지 균형 216

Chapter 17 물질의 열적 거동 219
17.1 기체 219
17.2 상변화 223
17.3 열팽창 226

Chapter 18 열역학 제1법칙 229
18.1 열역학 제1법칙 229
18.2 열역학 과정 231
18.3 이상기체의 비열 239

Chapter 19 열역학 제2법칙 241
19.1 가역성과 비가역성 242
19.2 열역학 제2법칙 242
19.3 열역학 제2법칙의 응용 246
19.4 엔트로피-에너지 등가성 250

PART 4 전자기학 255

Chapter 20 전하, 전기력, 전기장 257
20.1 전하 257
20.2 쿨롱 법칙 258
20.3 전기장 262
20.4 전하분포와 전기장 264
20.5 전기장 안의 물질 268

Chapter 21 가우스 법칙 273
21.1 전기장선 273
21.2 전기다발 274
21.3 가우스 법칙 277
21.4 가우스 법칙으로 전기장 구하기 278
21.5 임의 전하분포의 전기장 284
21.6 가우스 법칙과 도체 285

Chapter 22 전기퍼텐셜 289
22.1 전기퍼텐셜 차 289
22.2 퍼텐셜 차 구하기 293
22.3 퍼텐셜 차와 전기장 298
22.4 대전된 전도체 300

Chapter 23 전기용량 303
23.1 정전기에너지 303
23.2 축전기 304
23.3 축전기의 응용 305
23.4 전기장에 저장된 에너지 310

Chapter 24 전 류 313
24.1 전류 313
24.2 전기전도 316
24.3 저항과 옴의 법칙 320
24.4 전력 322
24.5 전기안전 323

Chapter 25 전기회로 327
25.1 회로, 기전력 327
25.2 직렬연결, 병렬연결 329
25.3 다중고리 회로 335
25.4 전기 측정 337
25.5 축전기 회로 339

Chapter 26 자기력과 자기장 345
26.1 자기는 무엇일까? 345
26.2 자기력, 자기장 346
26.3 자기장 안의 대전입자 348
26.4 전류가 만드는 자기력 350
26.5 자기장의 근원 352
26.6 자기쌍극자 355
26.7 자성물질 359
26.8 앙페르 법칙 360

Chapter 27 전자기 유도 369
27.1 유도전류 369
27.2 패러데이 법칙 371
27.3 유도와 에너지 374
27.4 유도용량 379
27.5 자기에너지 385
27.6 유도전기장 387

Chapter 28 교류회로 391
28.1 교류 391
28.2 AC 회로의 회로소자 392
28.3 LC 회로 397
28.4 AC 회로 399
28.5 AC 회로의 전력 402
28.6 변압기와 전력 공급 403

Chapter 29 전자기파 405
29.1 전자기학의 네 법칙 405
29.2 앙페르 법칙의 빈틈 406
29.3 맥스웰 방정식 408
29.4 전자기파 409
29.5 전자기파의 특성 413
29.6 전자기 빛띠 416
29.7 전자기파 만들기 417
29.8 전자기파의 에너지와 운동량 418

PART 5 광 학 423

Chapter 30 반사와 굴절 425
30.1 반사 425
30.2 굴절 427
30.3 내부전반사 430
30.4 분산 432

Chapter 31 영 상 435
31.1 거울의 영상 436
31.2 렌즈의 영상 441
31.3 렌즈의 굴절 444
31.4 광학기기 447

Chapter 32 간섭과 회절 453
32.1 결맞음과 간섭 453
32.2 이중실틈 간섭 455
32.3 다중실틈 간섭, 회절격자 457
32.4 간섭계 461
32.5 호이겐스 원리와 회절 464
32.6 회절한계 467

PART 6 현대물리 471

Chapter 33 상대론 473
33.1 광속 474
33.2 물질, 운동, 에테르 474
33.3 특수상대론 477
33.4 상대론의 시간과 공간 477
33.5 동시성 483
33.6 로렌츠 변환 484
33.7 상대론적 운동량과 에너지 488
33.8 전자기학과 상대론 492
33.9 일반상대론 493

Chapter 34 입자와 파동 495
34.1 초기 양자론 495
34.2 흑체복사 496
34.3 광자 499
34.4 원자빛띠와 보어 모형 503
34.5 물질파 507
34.6 불확정성 원리 509
34.7 상보성 512

Chapter 35 양자역학 513
35.1 입자, 파동, 확률 514
35.2 슈뢰딩거 방정식 515
35.3 입자와 퍼텐셜 517
35.4 3차원 양자역학 524
35.5 상대론적 양자역학 525

Chapter 36 원자물리 527
36.1 수소 원자 527
36.2 전자스핀 532
36.3 배타원리 535
36.4 다전자 원자와 주기율표 536
36.5 전이와 원자빛띠 540

Chapter 37 분자와 고체 545
37.1 분자결합 545
37.2 분자의 에너지준위 548
37.3 고체 550
37.4 초전도체 557

Chapter 38 핵물리 561
38.1 핵의 구조 561
38.2 방사성 567
38.3 결합에너지와 합성 573
38.4 핵분열 575
38.5 핵융합 581

Chapter 39 쿼크에서 우주까지 585
39.1 입자와 힘 585
39.2 입자, 입자 그리고 입자 587
39.3 쿼크와 표준모형 591
39.4 통일이론 594
39.5 진화하는 우주 596

APPENDICES
부록 A 간단한 수식 601
부록 B 국제단위계(SI) 609
부록 C 전환인자 611
부록 D 원소 613
부록 E 천문학적 값 616
부록 F 인명 617
부록 G 약어 622