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세계 최대 초대형 유조선 TI클래스는 화물을 가득 실었을 때 무게가 66만 톤에 달합니다. 엠파이어스테이트 빌딩보다 거의 두 배 무거운 이 거대한 철 구조물이 바다 위를 유유히 항해합니다. 상식적으로는 이해하기 어렵습니다. 우리는 철 조각을 물에 넣으면 가라앉는다는 것을 압니다. 그런데 그 철로 만든 수십만 톤짜리 배는 왜 뜰까요. 이 모순처럼 보이는 현상의 답은, 2,200년 전 시라쿠사의 욕조에서 시작됩니다.1. 부력이란 무엇인가 – 아르키메데스의 발견기원전 3세기, 그리스 수학자 아르키메데스는 욕조에 몸을 담그며 물이 넘치는 것을 보고 중요한 사실을 깨달았습니다. 물체가 유체 속에 잠기면, 그 물체가 밀어낸 유체의 무게만큼 위로 떠오르는 힘이 작용한다는 것입니다. 이것이 바로 **부력(Buoyanc..

1mm² 면적의 칼날 끝과 1cm² 면적의 무딘 칼 끝. 똑같은 힘으로 내리눌렀을 때, 재료에 가해지는 압력은 무려 100배 차이가 납니다. 압력은 힘을 접촉 면적으로 나눈 값(P = F/A)이기 때문입니다. 칼날을 갈고 닦는 행위의 본질은 결국 이 '면적'을 극단적으로 줄이는 작업입니다. 칼이 날카로울수록 잘 잘리는 이유는 신비로운 무언가가 아니라, 압력이라는 물리 법칙이 정직하게 작동한 결과입니다.1. 칼날은 면적 싸움이다 — 압력의 물리학칼로 무언가를 자를 때 우리는 손목에 힘을 줍니다. 그런데 실제로 재료를 변형시키는 것은 '힘의 크기'가 아니라 그 힘이 얼마나 좁은 면적에 집중되느냐입니다. 이를 압력(Pressure)이라 하며, 단위는 파스칼(Pa = N/m²)을 씁니다.잘 갈린 칼은 날 끝의 ..

많은 사람이 "비가 오면 물이 있어서 미끄럽다"고 단순하게 생각한다. 하지만 실제 미끄러움은 물의 존재만으로 결정되지 않는다. 더 정확히 말하면, 신발 밑창과 노면 사이에 물이 어떤 형태로 끼어드는지, 노면 위에 어떤 물질이 쌓여 있었는지, 그리고 얼마나 많은 물이 언제 쏟아졌는지에 따라 위험도가 크게 달라진다. 특히 흥미로운 점은 폭우가 퍼붓는 한복판보다, 비가 막 내리기 시작한 초반 30분이 오히려 훨씬 위험하다는 사실이다. 나도 예전에 이슬비가 잠깐 지나갔을 때 평소처럼 뛰다가 보도블록 위에서 크게 미끄러진 적이 있는데, 당시에는 단순히 내 부주의라고 여겼다. 그런데 이후 물리 교양서를 찾아보고서야, 그것이 내 행동보다 노면 조건이 물리적으로 가장 불리한 시점이었기 때문임을 이해하게 됐다. 1. 물..

몇 년 전 조수석에 타고 가다가 앞차가 갑자기 멈추는 바람에 급브레이크를 밟은 적이 있다. 차는 확실히 멈췄는데 몸은 마치 관성을 이기지 못한 것처럼 앞으로 확 쏠렸고, 안전벨트가 아니었으면 앞 유리까지 부딪힐 뻔했다. 그때 처음으로 "왜 차는 멈췄는데 몸은 계속 가려고 하지"라는 생각을 진지하게 하게 됐다.1. 관성 — 운동 상태를 유지하려는 성질뉴턴의 운동 제1법칙, 관성의 법칙에 따르면 모든 물체는 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 현재의 운동 상태를 그대로 유지하려는 성질이 있다. 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있으려 하고, 움직이던 물체는 계속 같은 속도로 움직이려 한다.차가 달리고 있을 때 차 안의 내 몸도 차와 똑같은 속도로 움직이고 있는 상태다. 그런데 브레이크가 걸리면 차체는 마찰력에 의..

보일러를 세게 틀어서 방 안 공기는 분명 따뜻한데, 창문 바로 옆자리에 앉으면 유독 서늘하게 느껴진다. 온도계로 재보면 방 전체 공기 온도는 큰 차이가 없는데도 왜 유독 창문 근처만 춥게 느껴지는 걸까. 이 현상은 공기 온도가 아니라 우리 몸이 직접 열을 빼앗기는 복사냉각이라는 별개의 메커니즘 때문에 생긴다.1. 추위를 느끼는 두 가지 경로 — 대류와 복사우리 몸이 열을 잃는 경로는 크게 두 가지다. 하나는 공기와 직접 접촉해서 열을 빼앗기는 대류(convection)이고, 다른 하나는 접촉 없이 상대적으로 차가운 물체 쪽으로 열이 직접 이동하는 복사(radiation)다. 난방을 하면 공기 온도는 골고루 올라가서 대류로 인한 추위는 어디서든 비슷하다. 문제는 복사다.2. 유리창은 벽보다 훨씬 차갑다창문..