물리, 그 생각의 스킬

창조적 사고는 비범한 사람이나 천재들만 하는 것이 아니다

사고하는 방식을 알고 훈련만 한다면 누구나 반짝이는 아이디어를 낼 수 있다



흔히 물리는 공식을 외워야 하는 과목, 단위며 숫자가 둥둥 떠다니는 어려운 과목으로 생각하기 쉽다. 필자 역시 고교 시절부터 물리 과목에 대해 막연한 두려움을 갖고 있었다. 이는 대학에 진학했을 때도 마찬가지였지만 일상생활에서 물리를 활용할 일은 없을 것이라는 선입견으로 물리가 가진 가치를 짐짓 외면하고 살아왔다. 그러다 결국 기술고등고시(현재 행정고시로 편입) 1차 시험에서 많은 비중을 차지했던 물리를 다시 접하게 되면서 이를 어떻게 극복할 것인가에 대한 많은 고민을 하게 되었다. 그야말로 생존을 위해 물리를 공부해야만 하게 된 것이다. 유명한 학원을 가 봐도, 물리를 잘하는 친구들의 문제집을 똑같이 사서 풀어봐도, 물리라는 벽을 넘기는 쉽지 않았다. 이에 필자는 대학물리학 책을 정독하며 물리에 대해 본격적으로 탐구하게 되었고 물리를 통해 파악할 수 있는 자연현상들에 대해 감탄하게 되었다고 말한다. 더 쉽게 말하면 물리는 복잡한 자연현상들을 한 가지 원리로 설명할 수 있도록 하는 학문이자 진리였고 이를 알게 되면서 물리라는 과목 자체가 재미있어지고 이를 응용하는 방법을 연구하게 된 것이다.

요즘 사회는 문제를 해결하는 데 '창조적 사고'를 요구하고 이러한 인재를 키워야 한다고 강조하지만, 암기에 익숙하거나 시키는 일을 처리하는 데 익숙해진 사람들은 '창조적 사고'가 다소 어렵게 느껴질 수도 있다. 그런데 필자는 우리가 일상에서 자주 접하는 문제에서는 체계적인 사고의 전개과정, 즉 '물리적 사고'를 훈련함으로써 충분히 창의적인 해결방법을 찾아낼 수 있다고 말한다. 이 책에서 말하는 '물리적 사고'는 필자가 만들어낸 개념으로, 주어진 문제의 개념과 본질을 쉽게 이해하고 그 문제에 붙어 있는 가정이나 조건의 변화를 체계적으로 분석하는 방법을 고민하는 과정을 말한다. 바로 물리 과목이 갖고 있는 특징이라고 할 수 있다.

필자는 바라던 공무원이 되어 서울시청 건설 및 안전 분야에서 일하거나 유학생활을 하며 박사공부를 할 때 등 틈틈이 생활 속 문제들에 대해 고민하고 그 해결책을 체계적으로 찾는 방법에 대해 고민해왔고, 이 책을 통해 그 결과물의 일부를 전하고자 한다. 예술활동을 제외한 모든 '창의적 사고'는 '물리적 사고'를 기초로 할 때 더욱 탄탄하고 체계적으로 이루어질 수 있고 세상 모든 일에는 일정한 물리적 법칙이 있으며 이를 활용하여 또다른 법칙을 찾아낼 수 있다는 것이다.

첫째 장_ 시작하면서__ 7

스마트폰과 그 영향 _____________________________________ 8

창조적 사고에 도움을 주는 물리적 사고 ___________________ 12

고등학교 시절, 어렵기만 했던 물리 _______________________ 15

체계적인 물리적 사고와의 만남 __________________________ 18

사고의 단절과 연결 - 무엇의 차이인가? ___________________ 21

물리적 사고방식의 수혜자가 돼라 ________________________ 24



둘째 장_ 개념의 기초__ 27

개념(槪念)을 잡아라? __________________________________ 28

놓치기 쉬운 등호(等號; Equal)의 다양한 의미 ______________ 31

너무나도 중요한 단위(單位; unit) _________________________ 35

벡터와 스칼라의 혼용이 헛갈리는 주요원인 ________________ 40

벡터는 특히 방향이 중요하다 ____________________________ 42

공식을 말로 풀어 이해하는 방법 _________________________ 46

가정과 조건이 착오와 혼선의 원인 _______________________ 51



셋째 장_ 가정과 조건__ 53

복잡한 문제의 단순화 - 가정과 조건은 왜 필요할까? _________ 54

가정과 조건의 효과 ? 결과가 완전히 바뀔 수 있다 ___________ 57

가정과 조건을 바꾸어 생각하는 훈련 _____________________ 61

숨어 있는 가정과 조건의 중요성 ? 고정관념을 탈피하라 ______ 69



넷째 장_ 변수와 상수__ 73

변하는 물리량과 변하지 않는 일정한 물리량 _______________ 74

'무엇이 일정하고 변하는가'가 중요하다 ____________________ 78



다섯째 장_ 그래프의 활용__ 85

수학을 잘해야 물리를 잘한다? __________________________ 86

미분과 적분이 그래프상 기울기와 면적임을 알면 충분하다 ____ 89

미분의 의미 ? 곡선의 기울기 ____________________________ 90

미분계수의 그래프 적용사례 ____________________________ 95

적분의 의미 ? 곡선의 면적 _____________________________ 101

물리에서 적분의 그래프 적용사례 _______________________ 110

그래프를 통해 물리량 간의 상호관계를 사고(思考)하는 습관 __ 120



여섯째 장_ 대응관계의 활용__ 123

대응관계의 중요성 ___________________________________ 124

중력장과 전기장 _____________________________________ 125

병진운동과 회전운동 _________________________________ 138

위치에너지와 마찰력 그리고 인간사(人間事) _______________ 147

대응관계의 파악 _____________________________________ 149



일곱째 장_ 글을 맺으면서__ 151

아쉬움 _____________________________________________ 152

스스로에게 강의를 해 보라 ____________________________ 154

결과를 확인하는 방법과 습관 __________________________ 159

문제를 꼬는 게 질색인 학생들에게 ? 공부게임을 즐겨라 _____ 162

이 책은 바로 당신을 위한 것이다 ________________________ 165

조성일 저자 조성일은 기술고등고시(지금은 행정고시에 편입) 21회 합격, 주로 서울시청의 건설 및 안전 분야와 함께 도시계획 분야에서 잔뼈가 굵은 1급 공무원으로 여러 가지 어려운 현안업무를 창의적인 방법으로 해결하고 새로운 제도도 많이 제안하여 추진했다. 젊은 시절 성수대교 붕괴사고, 삼풍백화점 붕괴사고를 겪으면서 대도시의 안전 분야에 깊은 관심을 갖기 시작하여 40대 초반에는 교량의 유지관리 분야에서 이름 있는 써리 대학에서 박사학위를 취득한 바 있다. 서울시청 근무 시절에 현안업무의 쟁점을 빨리 파악하고 명쾌한 해결책을 제시하는 데 탁월한 재능을 보였는데, 그 바탕이 '물리적 사고'였다. 어려운 문제가 발생하면 다양한 자료를 통해 업무의 개요를 파악한 후, 주말에 북한산 등 서울 근교 산을 오르면서 깊이 분석하고 사고하여 해결방안을 찾는 것을 습관으로 하였다. 2013년에는 업무의 전문성과 소통능력을 인정받아 서울시청 출입기자단이 선정한 최우수간부로 선정되기도 했다.