물리 화학 법칙 미술관

세상을 움직이는 과학법칙 중

제4차 산업혁명시대를 이끌어갈 우리 생활 속

물리 화학법칙 50가지를 만나보자!



제4차 산업혁명시대를 이끌어나갈 혁신적인 과학 분야는 어떻게 될까? 지난 100년의 과학이 남긴 업적보다 더 많은 변화를 이끌 과학 지식은 무엇일까? 그리고 그 과학의 토대가 되는 과학으로는 어떤 것이 있을까? 보다 편하게, 보다 자유롭게, 보다 빠르게 우리 삶을 바꾼 과학 법칙 50가지를 소개해 우리가 알아야 할 과학의 기초를 만나보도록 했다.

우리 생활의 모든 사물들이 네트워크로 연결되고 인공지능이 스스로 학습하여 모든 일을 처리하고 우리의 행동들이 쌓인 빅데이터를 기반으로 정보를 처리하는 사물인터넷과 인공 지능의 시대가 시작되고 있다. 이를 4차 산업혁명시대라고 한다.

이러한 4차 산업혁명을 이끄는 선도 기술은 물리학과 디지털, 생물학 등을 기반으로 한 무수한 과학법칙들이 다양하게 응용된 기술이다.

그중 4차 산업혁명의 혁신 기술이라는 나노기술은 아인슈타인의 광양자설, 하이젠베르크의 불확정성 원리, 슈뢰딩거 방정식과 같이 여러 법칙이 모여서 만들어진 양자역학적 지식을 이용한다.

양자물리학을 통해 컴퓨터, 태양 전지, MRI, 반도체 등이 만들어졌고 아인슈타인의 질량-에너지 등가원리는 원자폭탄과 원자력 발전을 가능하도록 했고 핵융합에너지나 수소 연료 전지 같은 신재생에너지 시대를 열어주었다.

상대성이론를 통해서 GPS 위성은 정확도를 유지할 수 있고 블랙홀, 웜홀 등을 통한 시공간 이동을 생각할 수 있게 되었다.

전기를 무선으로 전송하는 무선 전기 송신이나 코일건, 레일건 같은 최첨단 무기 등은 패러데이의 전자기 유도현상과 로렌츠의 힘, 맥스웰의 방정식 등의 원리를 통해 만들어지고 있다.

산업혁명은 과학 기술의 발전이 산업과 접목되면서 사회, 경제적으로 엄청난 변화가 일어나는 것을 말한다. 증기 기관 발명으로 기계에 의한 생산이 가능해진 제1차 산업혁명, 전기에너지를 이용한 대량 생산을 가져온 제2차 산업혁명, 컴퓨터와 인터넷, 반도체 등 정보통신기술을 통한 생산자동화를 이끈 제3차 산업혁명의 시대를 우리는 거쳐왔다. 증기 기관은 열역학 법칙과 뉴턴의 운동법칙, 보일과 샤를의 법칙 등을 응용하여 만들어졌다. 앙페르 법칙과 패러데이의 전자기 유도 현상, 맥스웰의 방정식 등을 통한 전자기의 발전은 전기에너지를 우리 생활에 사용할 수 있게 했다. 주기율표와 아보가드로의 법칙을 이용하여 새로운 원소들을 발견하고 그 성질을 이용하여 생활에 필요한 여러 가지 물건들을 만들어냈다. 전자기 현상을 이용한 전자제품의 발달과 양자역학의 접목으로 컴퓨터와 인터넷이 우리 생활 속에 자리를 잡았다.

이처럼 새로운 과학 법칙의 발견이나 기존 연구된 내용들을 통합하면서 과학 기술이 발전할 때 우리 사회에 놀라운 변화가 일어나는 것이다.

과학 수업 시간에 지루하게 느꼈던 자연과학 법칙 하나하나가 모여서 우리의 사회, 경제, 문화를 혁신적으로 바꾸어놓았다. 자연과학 법칙들이 발견되고 연구되면서 인간의 삶은 편리하고 풍요로워졌다.

앞으로의 시대는 이러한 자연과학의 법칙들이 더 중요하다. 그동안 연구되어진 여러 분야의 자연과학 법칙들이 서로 융합되면서 진화하여 미래 사회의 변화를 주도하게 될 것이기 때문이다.

이 책에서는 이러한 자연과학의 법칙들 중에서 인류사에 중요한 물리화학법칙들을 가벼운 마음으로 쉽게 접할 수 있도록 했다. 물론 꼭 필요한 내용은 짚고 넘어갈 수 있도록 개념을 설명했으며 우리 삶에서 이러한 법칙들이 어떻게 이용되고 있는지도 알아보았다.

과학자들의 삶과 업적에 대한 이야기와 법칙을 이해할 수 있도록 실험을 통한 원리와 개념에 대해 설명했다. 실생활에서 이러한 법칙들이 어떻게 사용되었는지 확인하면서 여러분은 주변에 있는 여러 가지 사물에 대한 시선이 달라질 수도 있다. '여기에 이 법칙이 쓰였구나'를 인식하게 되면 과학이 좀 더 흥미로워질 것이다.

4차 산업혁명시대를 살아가기 위해 우리에겐 창조적인 사고방식과 핵심기술에 대한 이해가 필요하다. 지식보다 중요한 것은 상상력이라고 한 아인슈타인의 말처럼 여러분들도 이 책에 나오는 많은 물리화학법칙들을 통해 지식을 쌓고 그걸 토대로 창조적이고 다양한 상상을 해볼 수 있기를 바란다.

머리말 4



1 아인슈타인의 상대성원리 12

2 보일의 법칙 22

3 샤를의 법칙 27

4 게이뤼삭의 기체반응의 법칙 32

5 라부아지에의 질량보존의 법칙 36

6 아보가드로의 법칙 40

7 돌턴의 원자론 44

8 파스칼의 원리 49

9 프루스트의 일정성분비의 법칙 53

10 헨리의 법칙 57

11 반트호프의 삼투압 법칙 61

12 라울의 법칙 66

13 아르키메데스의 원리 70

14 뉴턴의 관성의 법칙 76

15 훅의 법칙 81

16 옴의 법칙 85

17 아몽통-쿨롱의 마찰의 법칙 89

18 멘델레예프의 주기율표 93

19 볼타의 화학전지 102

20 지레의 원리 106

21 도르래의 원리 110

22 일의 원리 115

23 진자의 법칙 120

24 자유낙하의 법칙 125

25 가속도의 법칙 130

26 작용 반작용 법칙 134

27 운동량 보존법칙 137

28 역학적 에너지 보존법칙 141

29 마이어의 열역학 제1법칙 145

30 열역학 제2법칙 149

31 열역학 제3법칙 153

32 도플러 효과 157

33 줄의 법칙 161

34 코리올리의 힘 165

35 케플러의 법칙 170

36 뉴턴의 중력 법칙 175

37 베르누이의 법칙 179

38 빛의 반사 법칙 183

39 스넬의 법칙 189

40 페르마의 최단시간의 법칙 194

41 호이겐스의 원리 198

42 영의 간섭 원리 202

43 앙페르의 법칙 206

44 패러데이의 전자기 유도 211

45 쿨롱의 법칙 216

46 맥스웰 방정식 220

47 로렌츠의 힘 225

48 아인슈타인의 광양자설 230

49 하이젠베르크의 불확정성 원리 236

50 슈뢰딩거 방정식 240



찾아 보기 244

참고 서적 248

이미지 저작권 248

김용희 성균관대학교 생물학과를 졸업한 후 와이즈만 영재교육원 과학 강사, 초록학원 수학전임강사로 활동했다. 현재도 학생들을 가르치며 학생들을 위한 수학, 과학 관련 학습서와 동화책을 쓰고 있다. 저서로는 《가장 쉬운 수학 도형》《뇌섹시대 두뇌트레이닝 수학 퍼즐》?한 권으로 끝내는 중학 과학》《지니어스 수학 퍼즐》《생활 속 24절기》《명분과 의리의 김상헌이냐 현실과 변통의 최명길이냐 》《시골할머니집의 맷돌과 디딜방아》《한 권으로 끝내는 초등수학 사칙연산》《한 권으로 끝내는 초등수학 도형》?등이 있다.