🙅 오해 깨기
오해 깨기 모음
완성된 쪽에 실린 오해 465 개를 분야마다 모았습니다. 줄 그은 글이 흔한 오해, 아래가 공식 출처로 확인한 사실입니다. 카드를 누르면 그 쪽에서 시뮬레이터로 직접 확인합니다.
💡 생활 속 예시
- 🪶 깃털과 쇠공을 같이 떨어뜨리면 정말 쇠공이 먼저 닿을까? — 공기가 없으면 어떻게 될까?
- ☀️ 여름이 더운 건 해가 가까워져서일까, 햇빛이 비스듬히 들어오는 각도 때문일까?
힘과 운동 · 91
가속도는 빨라질 때만 쓰는 말이다.
느려질 때도 가속도가 있고 방향이 반대일 뿐입니다. NASA 글렌의 낙하탑은 떨어진 실험 장치를 바닥에서 평균 35 g 로 감속해 멈춥니다.
빠르게 움직이면 가속도도 크다.
가속도는 빠르기가 아니라 빠르기의 «변화» 입니다. NASA 는 옆 방향에 바깥 힘이 없으면 던진 물체의 수평 운동이 고르다고(가속도 0) 설명합니다 — 빨라도 가속도는 0 일 수 있습니다.
무거운 물체가 가벼운 물체보다 먼저 떨어진다.
NASA 기록에 따르면 공기가 없는 달에서 망치와 깃털을 함께 놓자 같은 가속도로 떨어져 동시에 닿았고, NASA 는 함께 놓은 물체는 질량과 상관없이 같은 빠르기로 떨어진다고 적습니다.
떨어지는 물체는 처음부터 끝까지 같은 빠르기로 떨어진다.
떨어지는 물체는 점점 빨라집니다. Museo Galileo 의 경사면 장치 설명처럼, 정지에서 출발해 지나는 거리는 시간의 제곱에 비례합니다.
위치–시간 그래프의 선은 물체가 지나간 길을 그린 그림이다.
NASA 설명처럼 그래프의 점 하나는 두 수 (x, y) 의 짝입니다. 위치–시간 그래프의 점은 (시간, 위치) 짝이라, 곧장 위로 던져 같은 줄을 오르내린 공도 언덕 모양 선이 됩니다.
위치–시간 그래프는 언제나 곧은 선이다.
NASA 는 떨어지는 물체가 간 거리가 지난 시간의 제곱에 비례한다고 설명합니다. 그래서 낙하처럼 빨라지는 운동의 위치–시간 그래프는 굽은 선(포물선)입니다.
속력과 속도는 같은 말이다.
NASA 정의로 속도는 방향까지 가진 벡터이고, 속력은 그 속도 벡터의 크기(스칼라)만 말합니다. 같은 빠르기로 원을 돌아도 방향이 바뀌면 속도는 바뀝니다.
변위는 움직인 거리와 언제나 같다.
NASA 가 변위를 크기와 방향을 가진 벡터 양으로 다루듯, 변위는 처음과 끝 위치만 봅니다. 되돌아오는 길이 있으면 거리보다 작아지고, 제자리로 돌아오면 0 입니다.
던진 공에는 날아가는 내내 앞으로 미는 힘이 걸려 있다.
손을 떠난 공에 걸리는 바깥 힘은 공기 저항을 빼면 무게뿐입니다. NASA 는 위아래로는 무게만, 옆으로는 바깥 힘이 없어 수평 운동이 고르다고 설명합니다.
비스듬히 던진 공은 가장 높은 곳에서 잠깐 멈춘다.
NASA 설명처럼 가장 높은 곳에서 0 이 되는 것은 위아래 속도뿐입니다. 옆으로 가는 속도는 그대로라 공은 꼭대기에서도 앞으로 움직입니다.
물체의 빠르기는 하나로 정해져 있다.
NASA 설명처럼 운동은 고른 기준틀에 대해서만 말할 수 있습니다. 같은 동전도 비행기 안에서 잰 속도 v 와 땅에서 잰 속도 v′ = v + v₀ 가 다릅니다.
움직이는 기차 안에서는 운동 법칙이 달라진다.
NASA 는 일정한 속도로 움직이는 틀 안에서도 역학 법칙이 모두 똑같다고 설명합니다. 그래서 고르게 달리는 기차 안에서 공을 던지고 받는 일은 멈춘 방에서와 다르지 않습니다.
속력과 속도는 같은 말이다.
NASA 는 속도가 크기와 방향을 함께 가진다고 설명합니다. 원을 같은 빠르기로 도는 공은 속력은 그대로지만 방향이 바뀌므로 속도는 계속 바뀝니다.
빠르기가 그대로면 아무 힘도 받지 않는다.
방향만 바뀌어도 속도가 바뀐 것이고, NASA 설명대로 속도를 바꾸는 것은 힘입니다. 원을 도는 공은 빠르기가 같아도 원 안쪽으로 당기는 힘을 받습니다.
움직이는 물체는 힘을 계속 받아야만 같은 빠르기를 지킨다.
NASA 가 정리한 뉴턴 제1법칙에 따르면, 바깥 힘이 없을 때 물체는 곧은 길을 같은 빠르기로 계속 갑니다. 실제로 계속 밀어야 하는 것은 마찰 · 공기 저항을 갚아 주기 위해서입니다.
던진 공은 옆으로 가는 빠르기도 점점 줄어든다.
NASA 의 비행 식 설명처럼, 옆으로 미는 힘이 없으면 던진 물체의 수평 빠르기는 그대로입니다 — 공기 저항을 빼면 중력은 위아래로만 작용합니다.
고르게 빨라지는 운동에서는 1 초마다 간 거리도 똑같다.
갈릴레오 박물관의 경사면 재현처럼, 멈춘 채 굴러 내려가는 공이 같은 시간마다 간 거리는 1 · 3 · 5 · 7 … 홀수 차례로 늡니다. 1 초마다 똑같이 느는 것은 거리가 아니라 빠르기입니다.
가속도가 일정하면 빠르기도 일정하다.
NASA 설명처럼 가속도가 일정하다는 것은 빠르기가 1 초마다 같은 양씩 늘어난다는 뜻입니다. 빠르기가 그대로인 것은 가속도가 0 일 때뿐입니다.
작용과 반작용은 크기가 같고 반대라 서로 지워져 아무 일도 일어나지 않는다.
두 힘은 서로 다른 물체에 걸립니다. NASA 설명처럼 A 가 B 를 밀면 B 는 A 를 밀어, 두 물체가 따로따로 그 힘을 받아 움직임이 바뀝니다.
무겁거나 빠른 쪽이 더 센 힘을 준다.
주고받는 두 힘의 크기는 언제나 같습니다(NASA). 다만 같은 힘에도 가벼운 쪽이 더 크게 가속해 더 많이 튕겨 나갑니다.
무중력은 우주처럼 지구에서 아주 먼 곳에서만 생긴다.
NASA 글렌 연구 센터는 지상의 낙하탑에서 실험 장치를 떨어뜨려 5.18 초 동안 무중력에 가까운 상태를 만듭니다 — 함께 떨어지면 받치는 힘이 없어지기 때문입니다.
엘리베이터에서 체중계 숫자가 줄면 몸의 질량이 준 것이다.
BIPM 이 정한 대로 무게는 질량과 중력 가속도를 곱한 힘이고 질량은 그대로입니다. 엘리베이터에서 바뀌는 것은 바닥이 받치는 힘입니다.
고무줄도 용수철처럼 늘어난 길이와 힘이 언제나 딱 비례한다.
NASA 는 고무줄이 훅 법칙을 꼭 맞게 따르지는 않는다고 적습니다. 비례가 잘 맞는 것은 용수철을 알맞은 범위에서 늘일 때입니다.
무거운 추를 달면 용수철 상수가 커져서 덜 늘어난다.
NASA 는 용수철의 힘이 늘어나거나 줄어든 정도에만 달렸다고 설명합니다. 무거운 추는 k 를 바꾸지 않고, 그 무게만큼 힘이 날 때까지 더 늘어나게 할 뿐입니다.
마찰 계수는 1 을 넘을 수 없다.
미국 연방 자동차 안전 기준 FMVSS 135 는 브레이크 시험 도로 면이 최대 마찰 계수(PFC) 1.02 를 내도록 정합니다 — 1 을 넘는 마찰 계수도 실제로 있습니다.
마찰은 늘 없애야 할 나쁜 힘이다.
브레이크로 차를 세우는 것도 마찰입니다. FMVSS 135 는 보통 주행과 비상 주행에서 안전한 제동을 위해, 마찰 계수를 정한 시험 도로에서 100 km/h 로 달리던 차가 70 m 안에 서는지 봅니다.
움직이는 물체는 힘이 계속 밀어 줘야 움직인다.
NASA 의 뉴턴 제1 법칙 설명처럼, 움직이는 물체는 불균형한 힘이 걸리지 않는 한 같은 빠르기로 계속 움직입니다. 멈추는 것은 마찰 같은 힘 때문입니다.
관성은 움직이는 물체에만 있다.
NASA 는 멈춘 물체도 계속 멈춰 있으려 한다고 설명하고, 운동 상태가 바뀌는 것을 버티는 이 성질을 관성이라 부릅니다.
움직이고 있으면 알짜힘이 있다.
NASA 는 알짜힘이 없으면 물체가 같은 속도를 지킨다고 설명합니다. 같은 빠르기로 곧게 움직이는 물체의 알짜힘은 0 입니다.
평형이면 힘이 하나도 걸려 있지 않다.
평형은 힘이 없는 것이 아니라 여러 힘이 «서로 지워진» 상태입니다 — NASA 는 바깥 힘들이 서로 지워지면 알짜힘이 없다고 설명합니다.
힘을 받으면 물체는 그 힘에 비례하는 «빠르기» 로 움직인다.
힘에 비례하는 것은 빠르기가 아니라 가속도(빠르기의 변화)입니다. NASA 는 바깥 힘을 받은 물체가 가속하며 그 가속도가 힘의 크기에 비례한다고 설명합니다.
무거운 물체도 같은 힘을 받으면 똑같이 빨라진다.
NASA 설명대로 같은 힘이면 무거운 물체가 덜 가속합니다 — 가속도는 질량에 반비례합니다.
무게와 질량은 같은 것이다.
BIPM 기록에 따르면 1901 년 국제도량형총회는 «무게» 가 질량과 힘의 두 뜻으로 섞여 쓰이는 혼란을 끝내려고 무게를 질량 × 중력 가속도, 곧 힘으로 정했습니다.
우주에 가면 질량도 줄어든다.
킬로그램은 플랑크 상수 h 의 정한 값으로 정의되어 장소와 상관이 없습니다(BIPM). 우주에서 달라지는 것은 무게입니다.
힘은 크기만 알면 된다.
NASA 는 힘 · 속도 · 가속도가 크기와 방향을 함께 가진다고 설명합니다. 같은 크기의 힘도 방향이 바뀌면 물체가 다른 쪽으로 움직입니다.
움직이는 물체에는 움직이는 방향으로 힘이 걸려 있다.
원을 도는 공이 받는 힘은 가는 방향이 아니라 중심 쪽입니다. NASA 설명대로 힘은 속도를 «바꾸는» 원인이지, 움직임을 이어 가게 하는 것이 아닙니다.
아주 잘 튀는 공은 떨어진 높이보다 더 높이 튈 수도 있다.
가만히 떨어뜨린 공은 바닥에서 새 에너지를 얻지 못해 반발 계수가 1 을 넘지 못하고, 튈 때 줄어든 역학적 에너지는 NASA 설명처럼 사라지지 않고 열이 됩니다.
비탄성 충돌에서 줄어든 운동 에너지는 그냥 없어진다.
NASA 설명처럼 잃은 역학적 에너지는 사라지지 않고 열이 됩니다. 에너지의 합은 그대로이고 모양만 바뀝니다.
푹신한 매트에 떨어지면 멈추는 데 필요한 운동량 변화가 줄어든다.
멈추기 직전 운동량은 같으므로 운동량 변화도 같습니다. NASA 설명처럼 힘은 운동량 변화를 시간으로 나눈 것이라, 달라지는 것은 시간이고 그래서 힘이 작아집니다.
무거운 물체는 언제나 가벼운 물체보다 운동량이 크다.
NASA 설명처럼 운동량은 질량 × 속도입니다. 가벼운 물체도 충분히 빠르면 무거운 물체와 운동량이 같거나 더 클 수 있습니다.
부딪혀서 멈춘 물체의 운동량은 그냥 사라진다.
NASA 설명처럼 운동량은 생기지도 없어지지도 않고 힘을 통해 다른 물체로 옮겨 갑니다. 멈춘 물체의 운동량은 부딪힌 상대(또는 땅)가 받아 갑니다.
로켓은 뒤의 공기를 밀어서 나아가므로 공기 없는 우주에서는 움직일 수 없다.
NASA 설명처럼 로켓의 작용은 엔진 밖으로 기체를 뿜는 것이고, 로켓은 공기 속보다 우주에서 더 잘 움직입니다. 공기는 오히려 뿜는 기체가 밀어 젖혀야 해 에너지를 빼앗는 짐입니다.
연료를 두 배 실으면 빠르기도 두 배가 된다.
NASA 는 빠르기를 한 칸 올릴 때마다 로켓 전체 질량이 두 배가 된다고 설명합니다. 실은 연료가 다시 그 연료까지 밀어야 하므로, 빠르기는 질량비의 로그만큼만 늡니다.
가만히 있는 눌린 용수철에는 에너지가 없다 — 움직여야 에너지가 있다.
EIA 는 눌린 용수철과 늘어난 고무줄을 «저장된» 역학적 에너지의 보기로 듭니다. 움직이지 않아도 놓으면 일을 할 수 있는 에너지가 들어 있습니다.
위치 에너지는 높이만으로 정해진다.
NASA 의 식 Ep = m·g·h 처럼 같은 높이라도 질량이 두 배면 위치 에너지도 두 배입니다.
가만히 있는 물체에는 에너지가 없다.
EIA 는 위치 에너지를 저장된 에너지, 자리의 에너지라고 설명합니다. 높은 곳에 가만히 있어도 떨어지면 움직임으로 바뀔 에너지를 가지고 있습니다.
빠르기가 두 배가 되면 운동 에너지도 두 배가 된다.
NASA 의 식 Ek = ½·m·V² 처럼 운동 에너지는 빠르기의 제곱에 비례해서, 빠르기가 두 배면 네 배가 됩니다.
굴러가던 공이 멈추면 에너지가 사라진 것이다.
EIA 에 따르면 에너지는 생기지도 없어지지도 않고 다른 꼴로 바뀝니다. 멈춘 공의 에너지는 마찰로 생긴 열과 소리로 옮겨 갔습니다.
일률이 큰 기계는 일을 더 많이 한다.
잉글랜드 KS4 과정은 일률을 «에너지가 옮겨 가는 빠르기» 로 정합니다. 일률이 큰 기계는 같은 일을 더 짧은 시간에 할 뿐, 오래 돌리면 일률이 작은 기계도 같은 일을 합니다.
마력은 말 한 마리가 끄는 힘(뉴턴)의 단위다.
NIST 단위 표는 마력을 와트(W)로 바꿔 적습니다 — 1 마력(550 ft·lbf/s)은 약 745.7 W 로, 힘이 아니라 일률의 단위입니다.
도르래나 지레를 쓰면 해야 하는 일 자체가 줄어든다.
잉글랜드 KS3 과학 과정은 단순 기계가 힘을 크게 해 주는 대신 움직임을 작게 만들고(또는 그 반대), 힘 × 움직인 거리는 그대로라고 적습니다. 줄어드는 것은 힘이지 일이 아닙니다.
힘을 오래 주고 있으면 그만큼 일을 많이 한 것이다.
NIST 의 SI 안내처럼 일의 단위 줄은 뉴턴 × 미터(1 J = 1 N·m)입니다. 힘을 아무리 오래 줘도 움직인 거리가 0 이면 일은 0 입니다.
일과 에너지는 서로 다른 것이라 단위도 다르다.
NIST 는 에너지 · 일 · 열량을 모두 같은 단위 줄(J)로 적습니다. 일은 에너지를 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 방법입니다.
일을 2 배 하면 빠르기도 2 배가 된다.
NASA 가 적은 운동 에너지 식 Ek = ½·m·V² 처럼, 한 일은 빠르기의 제곱을 늘립니다. 빠르기를 2 배로 하려면 일이 4 배 필요합니다.
힘을 주고 있기만 하면 일을 한 것이다.
잉글랜드 KS4 과정은 일을 «힘 × 움직인 거리» 로 셉니다. 무거운 가방을 들고 가만히 서 있으면 힘은 들어도 움직인 거리가 0 이라, 가방에 한 일은 0 입니다.
팔을 모으는 순간 몸 안에서 새로운 힘이 생겨 빨리 돈다.
NASA 설명처럼 이것은 각운동량 보존입니다. 돌림의 양이 그대로인 채 반지름이 줄어 빨라지는 것이지, 돌리는 힘이 새로 생긴 것이 아닙니다.
무게 중심은 언제나 물체 크기의 한가운데에 있다.
NASA 는 무게 중심을 «무게의 평균 위치» 로 정의하고, 질량이 고르게 퍼지지 않은 물체는 계산으로 찾아야 한다고 설명합니다. 대칭선이 있을 때만 그 선 위에 있다고 말할 수 있습니다.
원심력은 도는 물체를 바깥으로 미는 진짜 힘이다.
NASA 는 원심력을 회전하는 좌표계에서만 넣는 관성력이라고 설명합니다. 밖에서 보면 버스 좌석이 승객을 중심 쪽으로 미는 힘(구심력)만 있습니다.
돌리던 줄을 놓으면 공은 중심에서 곧장 바깥쪽으로 날아간다.
NASA 설명대로 줄이 끊긴 돌은 그 순간의 속도로 곧게, 곧 원의 접선 방향으로 갑니다. 줄이 당기던 방향의 반대쪽으로 날아가지 않습니다.
구심력은 원운동을 할 때 새로 생겨나는 특별한 힘이다.
NASA 는 구심력이 그 자체로 힘이 아니라, 중심을 향하는 힘(줄의 당김 · 중력 · 마찰 등)에 붙인 이름이라고 설명합니다.
도는 팽이에는 넘어뜨리는 힘이 걸리지 않아서 쓰러지지 않는다.
NASA 는 해와 달의 기조력이 지구 자전축을 팽이처럼 비틀거리게 한다고 설명합니다. 돌림힘은 걸리지만, 도는 물체는 쓰러지는 대신 축의 방향이 천천히 돕니다.
질량이 같으면 돌리기 어려운 정도도 같다.
NASA 표에서 속이 고르게 찬 공은 0.4, 속이 빈 공 껍질은 2/3 입니다. 질량과 크기가 같아도 질량이 축에서 멀리 있을수록 회전 관성이 큽니다.
같은 힘이면 문 어디를 밀어도 똑같이 열린다.
NASA 는 문 가장자리를 경첩 쪽으로 밀면 돌림힘이 0 이라 문이 움직이지 않는다고 설명합니다. 돌리는 효과는 힘과 경첩까지 거리를 함께 봐야 합니다.
높은 궤도의 위성일수록 큰 원을 돌아야 하니 더 빠르게 움직인다.
NASA 는 위성 궤도가 높을수록 느리게 움직인다고 설명합니다. 높이 올라가면 지구 중력이 약해져, 덜 빨라도 원을 그리며 돌 수 있습니다.
인공위성처럼 궤도에 오르면 지구 중력을 벗어난 것이다.
NASA 는 낮은 지구 궤도에 들려면 초속 8 km, 지구를 아주 벗어나려면 초속 11.2 km 가 필요하다고 적습니다. 궤도를 도는 위성은 아직 지구 중력에 붙잡혀 그 둘레를 도는 것입니다.
지구 탈출 속도만 넘으면 어떤 중력에도 붙잡히지 않고 곧게 날아간다.
NASA 는 지구를 벗어난 우주선도 여전히 해의 중력에 붙잡혀 있다고 설명합니다. 지구에서 벗어나는 것과 해에서 벗어나는 것은 다른 일입니다.
정지 궤도 위성은 우주의 한곳에 가만히 멈춰 있다.
NASA 는 정지 궤도 위성이 23 시간 56 분 4 초마다 지구를 한 바퀴 돈다고 적습니다. 지구도 같은 시간에 한 바퀴 돌기 때문에 땅에서 보면 멈춰 보일 뿐입니다.
무게와 질량은 같은 말이다.
1901 년 국제도량형총회는 질량의 단위를 킬로그램으로 두면서, 무게는 질량과 중력 가속도를 곱한 값이라고 따로 선언했습니다. 같은 사람이 달에 가면 무게만 줄고 질량은 그대로입니다.
행성은 해 둘레를 완전한 원을 그리며 돈다.
NASA 는 케플러의 첫째 법칙대로 해 둘레를 도는 행성의 궤도가 저마다 타원이라고 설명합니다.
달은 자기 쪽 바닷물만 끌어당겨서 밀물은 달을 향한 쪽에만 생긴다.
NOAA 는 중력과 관성이 함께 바닷물을 두 군데 부풀린다고 설명합니다. 그래서 대부분의 바닷가에는 하루에 밀물이 두 번 옵니다.
해는 달보다 훨씬 무거우니 밀물 · 썰물도 해가 더 크게 만든다.
NOAA 에 따르면 기조력은 거리의 세제곱에 반비례해서, 해의 기조력은 달의 약 절반입니다.
중력은 지구 가까이에만 있고, 우주로 나가면 어느 높이에서 사라진다.
NASA 는 중력의 효과가 거리의 제곱에 비례해 줄어든다고 설명합니다. 멀어질수록 약해질 뿐, 어느 거리에서 갑자기 0 이 되지는 않습니다.
우주 정거장 안이 둥둥 뜨는 것은 그곳에 중력이 없기 때문이다.
NASA 글렌 연구 센터는 땅에서 약 250 마일 높이에서도 지구 중력장이 땅 위의 88.8 % 라고 설명합니다. 떠 보이는 까닭은 정거장과 그 안의 모든 것이 함께 떨어지고 있기 때문입니다.
비행기 날개 위쪽 공기는 아래쪽 공기와 뒤끝에서 동시에 만나야 하므로 더 빨리 흐른다(같은 시간 도착 설).
NASA 는 이 설명이 베르누이 식을 잘못 쓴, 가장 널리 퍼진 틀린 양력 이론이라고 밝힙니다. 이 설로 계산한 양력은 실제로 잰 양력보다 훨씬 작습니다.
무거운 물체는 가라앉고 가벼운 물체는 뜬다.
NOAA 는 부력이 밀어낸 액체의 부피와 그 액체의 밀도에 따라 달라진다고 설명합니다. 그래서 큰 배처럼 무거워도 물을 많이 밀어내면 뜹니다.
관이 좁아지면 물이 막혀서 느려진다.
NASA 는 밀도가 일정한 흐름에서 넓이가 절반인 곳의 빠르기는 2 배여야 한다고 설명합니다. 같은 양이 지나가야 하니 좁은 곳에서 오히려 빨라집니다.
공기 저항은 빠르기에 그냥 비례한다 — 2 배 빠르면 2 배.
NASA 는 항력이 공기 밀도와 빠르기의 «제곱» 에 따라 달라진다고 설명합니다. 빠르기가 2 배면 항력은 약 4 배가 됩니다.
물의 끈적임(점성)은 온도와 상관없이 늘 같다.
NIST 자료에서 1 기압 물의 점성 계수는 10 °C 에서 0.0013059 Pa·s, 20 °C 에서 0.0010016 Pa·s 로, 차가울수록 더 끈적입니다.
유압 장치는 힘을 키워 주니 일도 공짜로 늘려 준다.
NASA 수업 자료에서 1 파운드 힘으로 피스톤을 10 인치 누르면, 큰 피스톤은 10 파운드를 1 인치만 들어 올립니다. 힘이 10 배가 되는 대신 움직이는 거리는 10 분의 1 이 됩니다.
액체에 준 압력은 누르는 방향(아래쪽)으로만 전해진다.
NASA 에 따르면 갇힌 유체의 한 곳에서 압력이 늘면, 용기 안 다른 모든 곳에서도 똑같이 늘어납니다.
압력과 힘은 같은 말이다.
NASA 는 벽을 미는 힘을 그 벽의 넓이로 나눈 것을 압력이라고 정의합니다. 그래서 힘이 같아도 넓이가 다르면 압력은 다릅니다.
물속 몇 m 정도로는 압력이 달라졌는지 느낄 수 없다.
NOAA 는 바다에서 몇 피트만 내려가도 고막으로 압력이 늘어난 것을 느낄 수 있고, 33 피트(10.06 m)마다 1 기압씩 늘어난다고 설명합니다.
카오스는 아무 규칙 없이 제멋대로(무작위로) 움직인다는 뜻이다.
NOAA Climate.gov 는 카오스가 «본질적 무작위» 를 뜻하지 않는다고 적습니다. 정해진 규칙을 따르지만 처음 값의 작은 차이가 크게 불어나는 것입니다.
흔들림이 멈추면 그 에너지는 사라진 것이다.
NASA 는 이때 에너지가 없어지지 않고 열이 된다고 설명합니다.
감쇠는 늘 나쁜 것이라 건물에는 없을수록 좋다.
FEMA 는 건물에 일부러 에너지를 흩는 장치를 넣으며, 그 장치가 자동차 서스펜션의 완충기와 닮았다고 설명합니다.
1940 년 타코마 내로스 다리는 바람과 단순히 공명해서 무너졌다고 밝혀졌다.
워싱턴주 교통부(WSDOT)는 주된 설명으로 «비틀림 플러터» 를 들고, 정확한 붕괴 원인은 아직 풀리지 않았다고 적습니다.
크게 흔들수록 멀리 가야 하니, 단진동에서도 한 번 오가는 시간이 길어진다.
NIST 는 조화 진동자가 한 진동수로 떤다고 설명합니다. 진폭이 커지면 그만큼 더 빠르게 움직여 주기는 그대로입니다.
갈릴레이 말대로 보통 진자는 아무리 크게 흔들어도 주기가 꼭 같다.
Museo Galileo 에 따르면 하위헌스는 1659 년, 등시성이 사이클로이드를 그리며 흔들리는 진자에서만 맞는다는 것을 보였습니다. 보통 진자는 작게 흔들 때만 단진동에 가깝습니다.
진자가 흔들리는 박자는 어디서나 똑같다.
NIST 에 따르면 프랑스 과학자들은 알맞은 진자 길이가 시계를 둔 곳의 높이(고도)에 따라 달라진다는 것을 알아냈습니다. 중력이 진자의 흔들리는 빠르기를 바꾸기 때문입니다.
무거운 추일수록 용수철에 매달려 더 빨리 오르내린다.
NASA 의 스카이랩 설명처럼 흔들리는 주기는 흔들리는 질량의 제곱근에 비례합니다. 추가 무거울수록 한 번 오가는 시간이 길어져 더 천천히 오르내립니다.
무게가 없는 우주에서는 질량을 잴 방법이 없다.
스카이랩 우주인들은 흔들의자의 흔들리는 주기로 날마다 몸을 쟀고, NASA 는 조심해서 재면 그 값이 0.1 % 안으로 맞았다고 설명합니다.
파동 · 소리 · 빛 · 90
빛보다 빠른 것은 없으니 체렌코프 빛은 있을 수 없다.
DOE 는 알갱이가 물 같은 맑은 매질 속에서 그 매질 속 빛보다 빨리 달린다고 설명합니다 — 진공 속 빛보다 빠른 것이 아닙니다.
소닉 붐은 비행기가 소리 장벽을 깨는 순간 한 번만 난다.
NASA 는 소닉 붐이 한 번이 아니라 이어지는 소리이고, 비행 길 아래 넓은 «카펫» 꼴 땅에 들린다고 설명합니다.
정상파는 물결이 멈춰 있는 것이다.
NOAA 는 세이시를 물 안에서 «흔들리는(oscillating)» 정상파로 설명합니다 — 물은 계속 출렁이고, 크게 출렁이는 자리와 잔잔한 자리만 제자리에 머뭅니다.
아주 큰 바다 물결은 처음부터 큰 물결 하나로 생긴다.
NOAA 는 이상 파랑이 여러 물결의 마루 · 골 · 길이가 겹쳐 서로 키울 때 생길 수 있다고 설명합니다.
지진파는 모두 같은 빠르기로 동시에 도착한다.
EPA 는 P 파 빠르기가 대개 S 파보다 50 % 크다고 적습니다 — 그래서 세로 물결인 P 파가 먼저 닿습니다.
가로 물결인 S 파도 액체 속을 지나갈 수 있다.
EPA 는 액체에 비트는 힘에 버티는 단단함(전단 강성)이 없어 S 파가 액체를 지나지 못한다고 설명합니다.
파도는 바람이 부는 방향 그대로 해변에 닿는다.
NOAA 는 물결이 얕은 바닥을 만나 휘면서 해안선의 대체적인 모양을 따라가려 한다고 설명합니다.
쓰나미는 먼바다 한가운데서는 천천히 움직인다.
NOAA 에 따르면 수심 4,600 m 바다에서 쓰나미는 약 765 km/h 로 가고, 해안 가까이에서야 30~50 km/h 로 느려집니다.
파도는 바닷물을 해안까지 실어 온다.
파도는 물이 아니라 에너지를 바다 건너로 전달합니다.
파도 높이가 2 배가 되면 에너지도 2 배가 된다.
파랑의 단위 넓이당 에너지는 파고의 제곱에 비례해, 높이가 2 배면 에너지는 4 배입니다.
물결 두 개가 겹치면 늘 더 큰 물결이 된다.
엇박자로 만나는 곳에서는 두 물결이 서로 지워 잔잔해집니다(상쇄 간섭).
간섭은 빛에서만 일어나는 일이다.
간섭은 소리 파동 사이에서도, 고인 물에 일으킨 물결 사이에서도 일어납니다.
벽에 부딪힌 물결은 그 자리에서 없어진다.
KIOST 는 곧게 선 벽에 부딪힌 물결이 완전히 반사되어 들어오는 물결과 겹친 중복파가 생긴다고 설명합니다.
진동수를 높이면 파동이 더 빨리 퍼져 나간다.
NOAA 는 같은 20 Hz 소리가 물속에서는 75 m, 공기에서는 17 m 라고 적습니다 — 빠르기를 정하는 것은 매질이고, 같은 매질에서 진동수를 높이면 파장이 짧아질 뿐입니다.
빛과 소리는 둘 다 파동이니 빠르기도 비슷하다.
NIST 가 정한 진공 속 빛의 빠르기는 299,792,458 m/s 이고, NOAA 가 적은 공기 속 소리 빠르기는 약 340 m/s 라 거의 88 만 배 차이 납니다.
진동수를 키우면 같은 공기 속에서도 소리가 더 빨리 간다.
NASA 글렌 연구소에 따르면 공기 속 소리 빠르기를 정하는 것은 기체의 종류와 온도이고, 진동수는 그 조건에 들지 않습니다.
진폭이 크면 파장도 길다.
FHWA 안내서는 파장을 «되풀이 사이의 길이» 로, 진폭을 흔들림의 크기(봉우리에서 봉우리)로 따로 정의합니다 — 둘은 서로 다른 양입니다.
파도가 밀려오면 먼 바다의 물이 해변까지 실려 온다.
NOAA 는 물결이 나르는 것은 물이 아니라 에너지이고, 물은 제자리 둘레에서 둥글게 움직인다고 설명합니다.
소리는 아무것도 없는 진공에서도 퍼진다.
NASA 찬드라 쪽은 우주 대부분이 사실상 진공이어서 소리 물결이 지나갈 매질이 없다고 적습니다.
도플러 효과는 다가올 때 소리가 커지고 멀어질 때 작아지는 것이다.
NOAA NSSL 글은 도플러 효과를 파동의 «겉보기 진동수» 가 바뀌는 일로 설명합니다 — 바뀌는 것은 크기가 아니라 높이입니다.
도플러 효과는 소리에만 있다.
NASA 쪽 글은 도플러가 빛에도 그에 맞는 효과가 있다고 내다봤다고 적습니다.
메아리는 산처럼 아주 큰 것에서만 생긴다.
NOAA 는 소나가 물속으로 보낸 소리가 물체에 부딪혀 «메아리» 로 돌아온다고 설명합니다 — 소리는 부딪히는 것이면 무엇에서든 반사됩니다.
부드러운 곳이든 단단한 곳이든 메아리 세기는 같다.
NOAA 는 소리가 단단한 겉면에 부딪힐 때 메아리가 더 세다고 설명합니다.
60 dB 스피커 두 대를 켜면 120 dB 가 된다.
FHWA 는 60 dB 인 같은 소리 둘이 함께 나면 63 dB 가 된다고 설명합니다.
10 dB 오르면 소리가 아주 조금 커질 뿐이다.
NIDCD 는 10 dB 를 더하면 세기는 10 배, 귀에는 약 두 배로 크게 들린다고 설명합니다.
높은 소리는 큰 소리이고, 낮은 소리는 작은 소리다.
NIDCD 는 소리의 세기를 데시벨로 재고, 높낮이는 소리의 진동수로 따로 다룹니다 — 크고 낮은 소리도, 작고 높은 소리도 있습니다.
관이나 병은 어떤 소리에나 똑같이 크게 울린다.
스미스소니언에 따르면 헬름홀츠 공명기는 하나하나 한 진동수에만 반응하도록 맞춘 것입니다.
울림 높낮이는 관을 만든 재료가 정한다.
스미스소니언은 공명기의 울림 진동수를 그릇의 모양과 크기가 정한다고 설명합니다 — 관이라면 길이가 바뀌면 음이 바뀝니다.
맥놀이는 스피커나 악기가 고장 나서 나는 잡음이다.
스미스소니언은 1 초 동안의 맥놀이 수를 세면 둘째 소리의 진동수를 정확히 셈할 수 있다고 설명합니다 — 고장이 아니라 쓸모 있는 측정 수단입니다.
소리는 공기로만 전해진다.
NOAA 는 소리가 공기보다 물속에서 훨씬 빠르게 간다고 설명합니다 — 물 같은 다른 매질도 소리를 전합니다.
소리를 들을 때 공기 알갱이가 스피커에서 귀까지 날아온다.
NASA 글렌 연구소는 기체 속 흔들림이 알갱이끼리의 충돌로 전해진다고 설명합니다 — 알갱이는 제자리 둘레에서 떨고 흔들림만 건너옵니다.
소리 두 개를 더하면 늘 더 크게 들린다.
크기가 같고 위상이 반대인 소리를 더하면 소음을 지울 수 있습니다 — 능동 소음 제거가 이 원리입니다.
소음 제거 이어폰은 모든 소리를 똑같이 지운다.
능동 소음 제거는 주로 500 Hz 이하의 낮은 소리를 줄입니다.
소리 빠르기는 언제 어디서나 같다.
NASA 글렌 연구소에 따르면 소리 빠르기는 기체가 무엇이고 얼마나 따뜻한지에 따라 달라집니다.
물속에서는 소리가 공기 속보다 느리게 간다.
NOAA 는 소리가 공기 속보다 물속에서 훨씬 빠르게 간다고 적습니다.
같은 높이의 음이면 어떤 악기로 내도 소리가 똑같다.
스미스소니언 자료는 헬름홀츠가 악기 소리와 모음을 단순하고 순수한 음들의 조합으로 보고, 공명기로 그 성분을 가려 들었다고 설명합니다 — 섞인 음이 다르면 높이가 같아도 맵시가 다릅니다.
초음파는 소리가 아니라 빛이나 전파 같은 다른 것이다.
NOAA 는 20,000 Hz 보다 높은 소리를 «초음파» 라 부릅니다 — 사람이 듣지 못할 만큼 높은 소리일 뿐입니다.
사람이 못 듣는 소리는 어떤 동물도 못 듣는다.
NPS 에 따르면 박쥐는 120,000 Hz 까지 들을 수 있습니다.
볼록 거울은 물체를 크게 보이게 한다.
볼록 거울의 상은 언제나 허상이고, 바로 서며, 물체보다 작습니다.
오목 거울에 비친 모습은 언제나 거꾸로다.
물체가 초점과 거울 사이에 있으면 바로 선, 물체보다 큰 허상이 생깁니다.
볼록 렌즈는 언제나 바로 선 큰 모습을 보여 준다.
볼록 렌즈가 만든 실상은 화면에 비출 수 있지만 물체와 거꾸로 섭니다.
오목 렌즈도 빛을 한 점으로 모은다.
오목 렌즈는 지나는 빛을 퍼뜨려 더 넓은 길로 보냅니다.
눈의 초점은 수정체가 거의 다 맞춘다.
눈 전체 굴절력의 대부분은 수정체가 아니라 각막이 맡습니다.
가까운 것을 볼 때 수정체는 더 납작해진다.
조절할 때 섬모체근이 오므라들어 수정체를 당기던 힘이 풀리고, 수정체 앞면은 더 볼록해집니다.
거울에 비스듬히 비춘 빛도 손전등 쪽으로 곧장 되돌아온다.
빛이 제자리로 되돌아오는 것은 수직으로 비출 때뿐이고, 비스듬히 비추면 들어온 각과 같은 각으로 반대쪽에 나갑니다.
빛을 반사하는 것은 거울처럼 반짝이는 면뿐이다.
거친 면도 빛을 반사합니다 — 다만 모든 방향으로 흩어 보냅니다(난반사).
빛은 켜는 순간 아무리 먼 곳에도 동시에 닿는다.
빛에도 빠르기가 있습니다 — 진공에서 1 초에 299 792 458 m 를 가니 아주 빠를 뿐 순간은 아닙니다.
빛은 어떤 경우에도 곧게만 간다.
물질이 바뀌는 경계에서는 방향이 꺾이고(굴절), 파장과 크기가 비슷한 물체를 만나면 그 둘레로 휘어 퍼집니다(회절).
거울 속 내 모습은 거울 면 위에 그려져 있다.
상은 물체가 거울 앞에 있는 만큼 거울 뒤에 있는 것처럼 보입니다.
허상은 가짜라서 눈으로도 볼 수 없다.
평면거울은 허상을 만들고, 그 상은 물체와 크기가 같고 똑바로 서 보입니다 — 거울 속 내 모습이 바로 허상입니다.
렌즈가 만든 상은 무엇이든 스크린에 비출 수 있다.
허상은 스크린에 비추거나 필름에 담을 수 없고, 실상만 스크린 · 필름 · 센서에 맺힙니다.
연못 속 물고기는 눈에 보이는 바로 그 깊이에 있다.
물속 물체는 실제보다 수면에 훨씬 가까이 있는 것처럼 보입니다.
빛은 공기 속에서나 물속에서나 같은 빠르기로 간다.
빛은 진공보다 공기에서, 공기보다 물에서 더 느리게 갑니다.
우리 둘레에서 일어나는 반사는 대부분 거울 같은 정반사다.
보통의 둘레에서는 난반사가 정반사보다 훨씬 많이 일어납니다.
흰 종이는 빛을 반사하지 않아서 아무것도 비치지 않는다.
거친 면도 빛을 반사합니다 — 모든 방향으로 흩어 보내서 모습이 비치지 않을 뿐입니다.
물체를 렌즈에 가까이 가져갈수록 상도 렌즈에 가까워진다.
렌즈 식 1/a + 1/b = 1/f 에서 a 가 줄면 1/b 도 줄어 b 는 오히려 커집니다 — 초점 바깥에서 물체가 다가올수록 상은 멀어집니다.
볼록 렌즈의 초점은 하나뿐이다.
렌즈에는 양쪽에 하나씩, 모두 두 개의 초점이 있습니다.
투명한 물질 속 빛은 언제든 밖으로 빠져나갈 수 있다.
임계각을 넘으면 빛은 모두 물질 안으로 되반사됩니다.
겉면에서 반사된 빛은 들어온 빛과 성질이 똑같다.
브루스터 각으로 반사된 빛은 한 방향으로만 떨리는 평면 편광 빛입니다.
물이나 도로에 비친 눈부심은 편광과 상관이 없다.
물 · 도로처럼 전기가 통하지 않는 겉면에서 반사된 빛은 어느 정도 편광되어 있습니다.
빛은 장애물을 만나면 절대 그 뒤로 휘어 들어가지 않는다.
빛도 장애물 둘레에서 휘며 퍼지고, 물체 크기가 빛의 파장과 비슷할 때 가장 뚜렷합니다.
격자에서 보이는 무지갯빛은 판에 색을 칠해 둔 것이다.
NASA 는 회절 격자가 프리즘처럼 빛을 성분 색으로 펼친다고 설명합니다 — 색은 들어온 흰빛 속에 이미 있습니다.
배율만 키우면 얼마든지 작은 것을 또렷이 볼 수 있다.
가려 볼 수 있는 가장 작은 거리는 R = 0.61λ/NA 로 정해지며, 파장이 짧을수록 R 이 작아집니다.
망원경 · 현미경 속에서 별이나 작은 점은 크기 없는 점으로 맺힌다.
점은 빛의 회절(또는 산란) 때문에 작은 원반으로 번져 맺힙니다.
빛과 빛을 겹치면 언제나 더 밝아진다.
FSU 자기장 연구소는 상쇄 간섭이 일어나면 반사된 빛과 색이 지워진다고 설명합니다.
구름이 하얀 것은 물방울 자체가 흰색이기 때문이다.
NOAA 기상청은 구름 물방울이 햇빛 파장과 비슷한 크기라 모든 색을 고르게 흩고, 우리가 그렇게 고르게 흩어진 빛을 흰색으로 본다고 설명합니다.
편광 필터는 빛의 색을 바꾸는 색안경이다.
FSU 자기장 연구소는 편광 빛을 전기장 떨림이 걸러져 한 평면으로 제한된 빛이라고 설명합니다 — 색이 아니라 떨림 방향을 고릅니다.
편광판 두 장을 겹치면 언제나 반쯤 어두워질 뿐이다.
FSU 는 첫째 편광판을 지난 빛이 방향을 돌린 둘째 편광판에 막힌다고 설명합니다.
먼지와 오염이 많을수록 노을이 더 화려해진다.
밝은 빛깔 노을의 주된 재료는 오히려 깨끗한 공기입니다.
공기는 파란빛만 흩고 다른 색은 흩지 않는다.
공기 분자는 모든 색을 흩지만 보라와 파랑을 가장 많이 흩습니다.
기름 막의 무지갯빛은 기름 자체에 든 색이다.
물 위에 뜬 기름 막의 색 무늬는 막이 빛을 반사할 때 생기는 간섭 무늬입니다.
비눗방울은 비누에 섞인 물감 색을 띤 것이다.
비눗방울에서는 안쪽 면에서 반사된 빛이 바깥 면 빛보다 더 먼 길을 와서 겹치며 색이 생깁니다.
빨강 빛과 초록 빛을 섞으면 물감처럼 탁한 갈색이 된다.
빛은 더해지는 것이라, 빨강과 초록 빛을 같은 만큼 섞으면 노랑이 됩니다.
빛의 삼원색과 물감의 삼원색은 같다.
빛의 삼원색은 빨강 · 초록 · 파랑이고, 물감 · 잉크의 기본 색인 청록 · 자홍 · 노랑은 흰빛에서 빛의 삼원색을 하나씩 빼서 생기는 색입니다.
물체의 색은 물체 안에 칠해져 있어서 어떤 빛 아래에서도 똑같다.
물체의 색은 빛을 어떻게 되돌리느냐로 정해집니다. 흰 카드도 빨간 빛만 비추면 그 빨간 빛을 되돌려 빨갛게 보입니다.
물체가 제 색의 빛을 스스로 내뿜는다.
물체의 색은 물체가 되돌린 빛의 파장이고, 나머지 파장은 흡수됩니다.
전파와 빛은 서로 전혀 다른 것이다.
전자기 에너지는 아주 긴 전파에서 아주 짧은 감마선까지 이어진 하나의 넓은 스펙트럼에 걸쳐 있고, 빛은 그 일부입니다.
사람 눈은 모든 빛을 볼 수 있다.
사람 눈은 전자기 스펙트럼 가운데 가시광선이라는 아주 작은 부분만 봅니다.
적외선은 아주 짙은 빨간빛이라 어두운 곳에서는 눈에 보인다.
적외선은 사람 눈으로 볼 수 없고, 사람은 그것을 열로 느낄 수 있습니다.
햇빛에서 따뜻함을 주는 것은 눈에 보이는 색뿐이다.
허셜의 1800 년 실험에서는 빨강 끝 바로 너머, 아무 색도 보이지 않는 곳의 온도가 더 높게 나왔습니다.
프리즘이 흰빛에 색을 칠해서 무지개를 만든다.
흰빛은 처음부터 꺾이는 정도가 다른 여러 색 빛이 섞인 것이고, 프리즘은 그것을 갈라 놓을 뿐입니다. 뉴턴이 1672 년 논문에서 내놓은 생각입니다.
빨강이 가장 센 빛이라 가장 많이 꺾인다.
어떤 물질이든 파장이 길수록 굴절률이 작아져 덜 꺾입니다. 파장이 긴 빨강이 가장 덜, 파장이 짧은 보라가 가장 많이 꺾입니다.
무지개는 하루 중 언제든 비만 오면 볼 수 있다.
NOAA 기상청에 따르면 해가 지평선 위 42° 보다 높으면 무지개가 보이지 않습니다 — 그래서 한낮보다 아침 · 저녁에 잘 보입니다.
무지개는 하늘 한곳에 걸린 물건이라 가까이 가면 닿을 수 있다.
NOAA 기상청은 무지개가 해를 등진 방향에서 42° 각을 이루는 곳에 보인다고 설명합니다 — 보는 사람이 옮겨 가면 그 각도 함께 옮겨 갑니다.
물감의 삼원색은 빨강 · 파랑 · 노랑이다.
FSU 자기장 연구소는 빼기 삼원색을 청록 · 노랑 · 자홍이라고 설명합니다.
물감을 섞으면 빛을 섞을 때처럼 밝아진다.
FSU 에 따르면 빼기 삼원색을 모두 섞으면 흰빛에서 빨강 · 초록 · 파랑이 모두 빠져 검정이 남습니다.
자외선은 아주 진한 보랏빛이라 눈에 보인다.
자외선은 사람 눈에 보이지 않지만, 뒤영벌 같은 몇몇 곤충은 볼 수 있습니다.
햇빛 속 자외선은 모두 땅까지 그대로 내려온다.
UV-B 는 약 95 % 가 대기의 오존에 흡수되고, UV-C 는 대기에 거의 다 흡수됩니다.
X선은 뼈든 살이든 무엇이든 똑같이 뚫고 지나간다.
뼈는 빽빽해서 피부보다 X선을 더 많이 흡수합니다.
우주에서 오는 X선도 땅 위에서 그대로 받을 수 있다.
지구 대기가 우주에서 오는 X선을 막습니다.
전기와 자기 · 53
전기력은 거리에 반비례해, 거리가 두 배면 힘이 절반이 된다.
쿨롱이 보인 대로 전기력은 거리의 제곱에 따라 줄어듭니다 — 거리가 두 배면 힘은 4 분의 1 입니다.
정전기가 생기면 전기가 새로 만들어진 것이다.
정전기는 물체 속 음전하와 양전하의 균형이 깨진 상태입니다 — 문지르면 음전하를 띤 전자가 한 물체에서 다른 물체로 옮겨 갈 뿐입니다.
번개는 같은 곳에 두 번 치지 않는다.
미국 기상청은 번개가 같은 곳에 되풀이해 치는 일이 흔하고, 특히 높고 뾰족하며 홀로 선 물체가 그렇다고 적습니다.
전압(볼트)과 전류(암페어)는 같은 것을 다르게 부르는 이름이다.
NIST 의 SI 안내에서 볼트는 전위차 · 기전력의 단위(1 V = 1 W/A)로, 전류의 단위 암페어와는 다른 양입니다.
전기를 띤 물체에 끌려오는 물체는 자기도 미리 전기를 띠고 있어야 한다.
전기를 띠지 않은 금속도 가까이 대기만 하면 속의 자유 전자가 밀려 전하가 나뉩니다 — MagLab 의 얼음통 실험에서는 닿지 않게 넣은 음전하 공이 통의 자유 전자를 바깥 면으로 밀어냅니다.
자동차가 번개에 안전한 것은 고무 타이어가 전기를 막아 주기 때문이다.
미국 기상청은 번개가 차의 바깥 금속 껍데기를 지나 타이어를 거쳐 땅으로 간다고 적습니다 — 지켜 주는 것은 고무가 아니라 금속 껍데기입니다.
정전기는 겨울에만 생긴다.
여름 뇌운 속에서도 얼음 · 우박 알갱이가 서로 부딪치며 전기를 띱니다 — 문질러 전하가 나뉘는 일은 철을 가리지 않습니다.
금속이 번개를 끌어당기므로 피뢰침은 번개를 불러들인다.
미국 기상청은 금속이 있든 없든 번개가 치는 곳은 달라지지 않고 높이 · 뾰족한 모양 · 홀로 선 정도가 정한다고 적습니다 — 피뢰 설비는 번개를 막지도 부르지도 않고, 가로채 땅으로 보냅니다.
용량(F)이 큰 축전기일수록 판 사이 전압이 높다.
1 F 은 1 C 을 모았을 때 판 사이 전압이 1 V 인 용량입니다(BIPM) — 같은 전하를 모으면 용량이 클수록 전압은 오히려 낮습니다.
전구를 켜면 전류가 전구에서 다 쓰여 없어진다.
전기는 닫힌 회로를 따라 흘러 전지로 돌아옵니다. 회로 어디 한 곳이라도 빠지면 전류는 아예 흐르지 못합니다.
kW·h(킬로와트시)는 기구가 얼마나 «센지» 를 나타내는 전력 단위다.
kW·h 는 에너지(전력량)의 단위로, 1 kW·h 는 3.6×10⁶ J 입니다. 기구의 세기(1 초에 쓰는 에너지)는 W 로 나타냅니다.
마른 나무는 젖어도 전기가 통하지 않는다.
마른 나무는 전기를 늦추거나 막지만, 물에 흠뻑 젖으면 도체가 됩니다.
사람 몸은 저항이 늘 커서 전기가 통하지 않는다.
마른 피부는 전류를 꽤 크게 막지만, 축축하거나 젖은 피부는 전기가 통하는 도체처럼 됩니다.
전지 두 개를 한 줄로 이어도 전압은 한 개일 때와 같다.
전지 두 개를 한 줄로 이으면 전압이 한 개의 두 배가 됩니다 — 고리를 따라가면 전지들이 올려 주는 전압이 더해집니다.
저항을 두 배로 늘리면 전류도 두 배가 된다.
전류는 전압 ÷ 저항이므로, 전압이 같을 때 저항이 두 배면 전류는 절반이 됩니다.
전구를 한 줄로 이어도, 하나가 끊어지면 나머지는 계속 켜진다.
회로의 어느 한 부분이라도 빠지면 그 길로는 전류가 흐르지 못해, 한 줄 연결에서는 모두 함께 꺼집니다.
전압이 높으면 언제나 전류가 많이 흐른다.
전류는 전압을 저항으로 나눈 값이라, 같은 전압이라도 저항이 크면 전류가 작습니다.
같은 방향으로 전류가 흐르는 두 전선은 같은 종류의 전하처럼 서로 밀어낸다.
앙페르가 1820 년에 보인 대로, 나란한 두 전선은 전류가 같은 방향이면 서로 끌어당기고 반대 방향이면 밀어냅니다.
전선을 더 많이 감아도 전자석의 세기는 같다.
헨리는 전선을 감싸(절연) 쇠심에 촘촘히 감았고, 전선을 더 많이 쓸수록 더 센 자기장을 얻었습니다(MagLab).
자기장은 나침반 바늘로만 잴 수 있다.
MagLab 에 따르면 반도체를 감지 소자로 써서 홀 전압으로 자기장을 재는 장치(홀 탐침)가 있습니다.
자석 가까이 두기만 하면 멈춰 있는 전하도 자기력을 받는다.
로런츠 힘은 자기장 속을 «움직이는» 전하가 받는 힘입니다(MagLab) — 빠르기가 0 이면 F = qvB 도 0 입니다.
금속이면 모두 자석에 붙는다.
MagLab 에 따르면 상온에서 강자성인 원소는 철 · 니켈 · 코발트 · 가돌리늄 넷뿐이라, 구리 · 알루미늄 같은 다른 금속은 자석에 붙지 않습니다.
지구 자기장의 세기는 어디서나 같다.
NOAA 는 땅 위 지구 자기장 세기가 곳에 따라 대략 25 000~65 000 nT 사이라고 적습니다 — 곳에 따라 두 배 넘게 차이 납니다.
초전도체는 구리보다 조금 더 좋은 도체일 뿐이다.
초전도체는 전이 온도 아래에서 저항이 사라질 뿐 아니라 약한 자기장을 안에서 밀어내, 위에 둔 자석을 띄웁니다(MagLab) — 보통 도체에는 없는 성질입니다.
교류는 앞뒤로 오가기만 하니 전등을 켜는 일을 하지 못한다.
DOE 에 따르면 1896 년 11 월 16 일 버펄로는 나이아가라 폭포에서 보낸 교류 전기로 불을 밝혔습니다. 방향과 상관없이 전류가 흐르는 동안 저항은 열과 빛을 냅니다.
우리나라 집 전기의 진동수는 유럽처럼 50 Hz 다.
우리나라 고시는 계통 주파수를 평상시 60 ± 0.2 Hz 안으로 유지하게 정합니다. 50 Hz 는 유럽 가정의 값입니다(MagLab).
인덕션은 레인지 위판이 뜨겁게 달아올라 냄비를 데운다.
DOE 에 따르면 인덕션은 전자기장으로 냄비에 직접 전류를 일으키고, 열은 냄비 자체 안에서 생깁니다.
자석에 붙지 않는 구리 · 알루미늄은 자석과 아무 힘도 주고받지 않는다.
MagLab 은 자석 곁에서 도는 구리 원판이 느려지고 뜨거워지는 것을 맴돌이 전류의 제동 효과로 설명합니다.
자석을 코일 속에 넣어 두기만 하면 전류가 계속 흐른다.
EIA 설명처럼 전류는 자석이 코일 속에서 움직일 때 유도됩니다. 시뮬레이터에서 «가만히» 를 고르면 선속이 그대로라 기전력은 0 V 입니다.
유도 전류의 방향은 그때그때 아무렇게나 정해진다.
렌츠가 1834 년에 낸 법칙대로 유도 전류는 변화를 거스르는 쪽으로 흐르고, MagLab 은 이 법칙이 에너지 보존의 결과라고 설명합니다.
테슬라(T)와 웨버(Wb)는 같은 것을 부르는 두 이름이다.
NIST 의 SI 안내에서 1 T = 1 Wb/m² 입니다. 테슬라는 넓이 1 m² 당 자기 선속(선속 밀도)이고, 웨버는 고리 전체를 지나는 선속이라 서로 다른 양입니다.
전기는 전선으로 이어져야만 다른 회로로 건너간다.
왕립연구소 기록에 따르면 패러데이는 쇠고리의 한 코일에 전류를 흘려, 전선으로 이어지지 않은 다른 코일에 전류를 유도했습니다.
변압기는 1 차 전선의 전기를 그대로 2 차 전선으로 흘려보낸다.
MagLab 은 변압기가 유도로 한 회로의 전압을 다른 회로로 옮기는 장치라고 설명합니다.
코일은 둘둘 만 전선일 뿐이라 곧은 전선과 똑같이 전류를 흘린다.
MagLab 에 따르면 인덕터는 자기를 만든 전류를 거스르는 역기전력을 만들고 에너지를 자기장으로 저장하므로, 전류가 바뀔 때 곧은 전선과 다르게 행동합니다.
라디오 방송은 방송국의 소리 자체가 공기를 타고 멀리까지 날아오는 것이다.
소리는 공기가 아니라 연속 전자기파(전파)의 세기 변화로 실려 옵니다. 페선든의 첫 방송도 연속 전자기파의 진폭 변조(AM)였다고 IEEE 기록에 적혀 있습니다.
AM 과 FM 은 소리를 싣는 방법이 같고 이름만 다르다.
AM 은 전파의 세기를, FM 은 진동수를 바꿉니다. IEEE 기록은 1940 년 미국 코네티컷 주 경찰의 FM 무선이 AM 의 가장 큰 문제였던 잡음을 크게 줄였다고 적습니다.
디지털 음악은 소리를 띄엄띄엄 재니까 들으면 뚝뚝 끊겨 들린다.
음악 CD 는 1 초에 44,100 번 재고 표본마다 16 비트로 적어 소리를 아주 촘촘하게 담습니다. 미국 의회 도서관은 이 PCM 을 음악 CD 소리의 표준 꼴로 적습니다.
디지털 신호도 잡음이 섞이면 아날로그처럼 조금씩 흐려진다.
디지털은 0 · 1 만 가려 읽고 오류를 고치는 부호를 써서, NASA 우주선 통신은 아주 약한 신호에서도 데이터를 거의 오류 없이 꺼냅니다.
전파는 전선 속 전류가 공기 중으로 그대로 흘러나간 것이다.
NASA 는 바뀌는 자기장이 바뀌는 전기장을 만들고 그 반대도 되어 두 장이 이어져 있다고 설명합니다 — 전파는 새어 나간 전하가 아니라 서로를 만들며 퍼지는 두 장의 물결입니다.
전파와 빛은 전혀 다른 종류의 것이다.
IEEE 기록에 따르면 맥스웰은 빛이 전자기파라고 이끌어 냈고, 헤르츠는 1886~1888 년 그 예언대로 전자기파가 있음을 처음 확인했습니다.
맥스웰 방정식은 교과서에만 남은 옛 이론이다.
IEEE 기록은 맥스웰 방정식이 오늘날 모든 정보 통신 기술의 바탕이라고 적습니다.
맥스웰은 빛의 빠르기를 실험실에서 재서 전자기파와 견주었다.
MagLab 에 따르면 맥스웰은 전자기파의 빠르기를 이론으로 계산했고, 그 값이 빛의 빠르기와 거의 같았습니다.
전파 망원경은 빛을 보는 망원경보다 작아도 된다 — 전파는 보이지 않으니까.
NASA 에 따르면 같은 선명도를 얻으려면 전파 망원경이 광학 망원경보다 커야 합니다. 미국 VLA 는 안테나 27 개를 지름 36 km 까지 Y 자로 늘어놓습니다.
전파는 소리처럼 공기가 있어야 퍼진다.
NASA 에 따르면 전자기파는 기계적 파동과 달리 퍼지는 데 매질이 필요 없어, 공기 · 고체뿐 아니라 빈 우주 공간으로도 나아갑니다.
전파는 20 세기 라디오 방송과 함께 처음 알려졌다.
NASA 에 따르면 하인리히 헤르츠가 1880 년대 끝에 전파가 있음을 보였고, 마르코니는 1895 년 여름 약 2 km 떨어진 언덕 너머로 무선 신호를 보냈습니다(IEEE 기록).
금속 전선의 저항은 온도와 상관없이 늘 똑같다.
NIST 구리선 표를 보면 표준 풀림 구리는 1 °C 따뜻해질 때마다 저항이 약 0.393 % 커집니다. 금속은 뜨거울수록 전기가 조금씩 덜 통합니다.
반도체는 늘 «반쯤» 전기가 통하는 물질이다.
미국 에너지부는 반도체가 에너지가 주어질 때만 전기를 통한다고 설명합니다 — 띠 틈을 넘을 에너지가 없으면 규소는 절연체처럼 굽니다.
불순물은 반도체를 망치는 찌꺼기일 뿐이다.
APS 기록에 따르면 벨 연구소는 1954 년 실리콘 태양 전지를 만들 때 여러 불순물을 시험한 끝에 비소와 붕소를 골라 일부러 넣었습니다.
태양 전지는 햇빛의 열로 물을 끓여 전기를 만든다.
EIA 에 따르면 태양 전지는 흡수한 빛알의 에너지로 반도체 원자의 전자를 떼어 내 전기를 만듭니다.
좋은 실리콘 태양 전지는 햇빛을 거의 100 % 전기로 바꾼다.
DOE 는 실리콘 태양 전지의 이론 최대 효율을 약 32 % 로 적습니다.
쿼츠 시계는 태엽이 풀리는 힘으로 박자를 맞춘다.
NIST 에 따르면 수정 시계는 수정 결정의 압전 성질 덕분에 움직이고, 수정에 전류를 걸면 일정한 진동수로 떱니다.
전기를 만들려면 꼭 발전기(자석과 코일)나 전지가 있어야 한다.
MagLab 연표에 따르면 퀴리 형제는 1880 년 힘을 받은 어떤 결정에서 전기가 생기는 것을 실험으로 보였습니다.
LED 는 작은 전구처럼 속의 가는 실(필라멘트)을 달궈서 빛을 낸다.
LED 는 p형과 n형 반도체를 맞붙인 p–n 접합 소자입니다. IEEE 기록에는 1989 년 질화 갈륨(GaN)으로 만든 p–n 접합 LED 가 실려 있습니다.
열과 에너지 · 53
섭씨 0 도가 온도의 바닥이다 — 그 아래는 «영하» 일 뿐이다.
NIST 에 따르면 온도의 바닥(절대 영도)은 −273.15 °C 입니다. 물이 어는 0 °C 는 그보다 273.15 도나 높습니다.
과학자들은 이미 절대 영도(0 K)에 닿았다.
NASA 의 차가운 원자 실험실이 만든 원자 구름도 절대 영도보다 1000 만분의 1 K(100 nK) 높았습니다.
온도가 높은 물체가 늘 더 많은 열 에너지를 가진다.
USGS 에 따르면 물 1 kg 을 1 °C 올리는 데 4,184 J 이 듭니다. 같은 온도라도 물이 많을수록 데우는 데 든 에너지가 많아서, 내부 에너지는 온도뿐 아니라 양(질량)에도 달려 있습니다.
뜨거운 물체는 열을 «담고» 있다.
NASA 는 열과 일은 따로 저장되지 않고, 물체가 가진 것은 온도 · 압력처럼 상태로 정해지는 내부 에너지라고 설명합니다. 열은 온도 차 때문에 옮겨 가는 동안의 에너지를 부르는 말입니다.
같은 열을 받으면 어떤 물질이든 온도가 똑같이 오른다.
USGS 에 따르면 1 kg 을 1 °C 올리는 데 물은 4,184 J, 구리는 385 J 이 듭니다. 같은 열이면 구리의 온도가 물보다 약 11 배 더 오릅니다.
얼음을 쥐면 얼음의 «차가움» 이 손으로 옮겨 온다.
NASA 에 따르면 열은 늘 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 옮겨 갑니다. 얼음을 쥐면 손의 열이 얼음으로 빠져나가서 차갑게 느껴지는 것입니다.
같은 방에 오래 둔 쇠붙이는 나무보다 늘 온도가 낮다.
NASA 는 열평형인 물체끼리는 온도가 같다고 설명합니다. 오래 함께 둔 쇠와 나무는 방과 열평형이 되어 온도가 같고, 만졌을 때 느낌만 다릅니다.
물은 차가워질수록 늘 더 무거워진다(밀도가 커진다).
USGS 에 따르면 약 4 °C 물이 0 °C 물보다 밀도가 큽니다. NIST WebBook 값으로도 4.01 °C 에서 999.97 kg/m³, 0.01 °C 에서 999.84 kg/m³ 입니다.
단단한 쇠는 온도가 바뀌어도 길이가 그대로다.
Network Rail 은 강철 레일이 뜨거워지면 늘어나 휘기 시작할 수 있다고 설명합니다.
차가운 물체 속 입자는 움직이지 않고 멈춰 있다.
NIST 에 따르면 온도는 입자의 평균 운동 에너지를 나타내고, 켈빈 눈금은 절대 영도에서 시작합니다. 얼음(0 °C = 273.15 K)도 절대 영도보다 한참 높아서 그 속 입자는 여전히 움직입니다.
10 °C 에서 20 °C 가 되면 분자의 에너지도 2 배가 된다.
분자의 평균 운동 에너지가 비례하는 것은 켈빈으로 잰 절대 온도입니다. 섭씨 온도는 T − 273.15 K 로 정해져 있어(NIST), 10 °C → 20 °C 는 283.15 K → 293.15 K, 약 3.5 % 늘어날 뿐입니다.
열은 늘 위로만 올라간다.
올라가는 것은 데워져 가벼워진 공기 · 물 덩어리입니다. NOAA 는 데워진 공기가 올라가면 그 자리를 더 차고 무거운 공기가 채운다고 설명하고, 열은 전도 · 복사로는 아래 · 옆으로도 옮겨 갑니다.
금속은 원래 차갑고 나무는 원래 따뜻하다.
NASA 에 따르면 열평형인 물체끼리는 온도가 같아, 같은 방에 오래 둔 금속과 나무는 온도가 같습니다. 금속이 차갑게 느껴지는 것은 맞닿은 손의 열을 전도로 빨리 가져가기 때문입니다.
찬 기운(냉기)이 뜨거운 물체 안으로 들어와서 식는다.
NASA 에 따르면 열은 늘 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 옮겨 갑니다 — 식는다는 것은 열이 밖으로 빠져나가는 것입니다.
뜨거운 물체는 다 식을 때까지 늘 같은 빠르기로 식는다.
NASA 에 따르면 온도(K)가 두 배가 되면 내보내는 복사 에너지는 16 배가 됩니다 — 뜨거울수록 빨리, 식을수록 천천히 열을 잃습니다.
검은 물체는 열을 빨아들이기만 하고 내보내지는 않는다.
독일 인명 사전에 따르면 키르히호프 법칙은 방출하는 능력과 흡수하는 능력의 비를 다룹니다 — 잘 흡수하는 검은 면은 같은 온도에서 열도 잘 내보냅니다.
흰 겉면은 열(적외선)도 잘 내보내지 못한다.
NASA 에 따르면 흰 무광 페인트는 햇빛 흡수율은 낮지만 적외선 방출률은 높습니다.
두꺼운 이불 · 벽은 스스로 열을 만들어 따뜻하게 한다.
미국 에너지부에 따르면 단열재는 공기 주머니를 가둬 열의 흐름을 막을 뿐입니다. 열은 따뜻한 쪽에서 찬 쪽으로 흐르고, 단열은 그 흐름을 느리게 할 뿐 열을 만들지 않습니다.
열은 공기 같은 물질이 있어야만 전해진다.
NOAA 에 따르면 복사는 전자기파로 빈 공간을 지나 열을 옮깁니다 — 해의 열이 텅 빈 우주를 건너 지구에 오는 길이 이것입니다.
빛을 내지 않는 물체는 복사를 내지 않는다.
NASA 는 많은 것들이 적외선을 내고, 그 가운데에는 적외선만 낼 만큼 차가운 물체도 있다고 설명합니다 — 눈에 안 보일 뿐입니다.
기체를 눌러 부피를 반으로 줄여도 압력은 그대로다.
NASA 에 따르면 온도가 같은 갇힌 기체는 압력 × 부피가 거의 일정합니다 — 부피가 절반이면 압력은 두 배입니다.
꽃가루 알갱이가 떨리는 것은 살아 있어서 스스로 움직이기 때문이다.
APS 에 따르면 브라운은 먼지 알갱이에서도 같은 움직임이 일어나는 것을 보고, 꽃가루가 살아 있어서 움직이는 것이 아니라고 결론 내렸습니다.
데우면 분자 하나하나가 커져서 기체가 부푼다.
NOAA 에 따르면 따뜻한 공기의 분자는 더 빨리 움직이고 서로 더 멀리 떨어져 있습니다 — 커지는 것은 분자가 아니라 분자 사이의 거리입니다.
냄새가 방에 퍼지는 것은 오로지 바람 때문이다.
NASA 에 따르면 분자는 바람이 없어도 쉬지 않고 제멋대로 움직이며 부딪힙니다. 잉글랜드 KS3 교육과정도 농도 차이 때문에 기체 속에서 일어나는 확산을 가르칩니다.
멈춰 있는 공기는 아무것도 누르지 않는다.
NOAA 에 따르면 대기의 분자는 늘 여러 방향으로 제멋대로 움직이며 면에 부딪혀, 그 힘이 우리가 보는 압력이 됩니다. 바람이 없어도 공기는 모든 방향으로 누릅니다.
PV = nRT 는 어떤 기체에서든, 어떤 조건에서든 정확히 맞는다.
NASA 는 이 상태 방정식이 이상 기체에만 맞는다고 적습니다. 실제 기체는 이 식에 가깝게 움직일 뿐입니다.
같은 온도의 기체 분자들은 모두 같은 빠르기로 움직인다.
NIST 에 따르면 같은 방 공기에서도 평균은 약 500 m/s 이지만 223 m/s 인 분자, 717 m/s 인 분자가 함께 있고 모두 다른 방향으로 움직입니다.
물은 어디서나 100 °C 에서 끓는다.
NIST 포화 표에 따르면 물은 50 kPa 에서 81.317 °C, 200 kPa 에서 120.21 °C 에서 끓습니다. 끓는점은 둘레 압력에 따라 달라집니다.
물은 100 °C 가 되어야 수증기가 된다.
USGS 는 물이 끓는점(100 °C)에서 쉽게 증발하지만 어는점에서도 훨씬 느리게 증발한다고 설명합니다. 증발은 끓는점 아래의 여러 온도에서 일어납니다.
열을 넣으면 온도는 언제나 오른다.
미국 기상청 용어집은 숨은열을 «온도와 압력이 그대로인 채 상태가 바뀌는 동안 들어가거나 나오는 열» 로 풀이합니다. 녹거나 끓는 동안에는 열을 넣어도 온도가 오르지 않습니다.
얼음을 녹이는 데는 열이 거의 들지 않는다.
USGS 에 따르면 얼음이 녹는 숨은열은 1 g 에 80 cal(약 335 kJ/kg)입니다. 0 °C 얼음물에 열을 넣어도 얼음이 다 녹기 전에는 온도가 거의 오르지 않는 까닭입니다.
물이 얼음이나 수증기가 되면 다른 물질로 바뀐 것이다.
NASA 는 상태 변화가 화학 변화가 아니라 물리 변화라고 설명합니다. 얼음 · 물 · 수증기는 모두 같은 물질이 다른 상태로 있는 것입니다.
고체는 반드시 액체를 거쳐야 기체가 될 수 있다.
USGS 에 따르면 승화는 액체를 거치지 않고 고체와 기체 사이에서 바로 바뀌는 것이며, 영하의 날 바깥에 넌 젖은 셔츠의 얼음이 결국 사라지는 것이 그 예입니다.
가만히 있는 방 공기 속 분자는 바람이 불 때만 움직이고 평소에는 멈춰 있다.
NASA 는 액체와 기체의 분자가 늘 제멋대로 움직이며 서로 부딪친다고 설명합니다. 바람이 없는 방의 공기 분자도 쉬지 않고 날아다닙니다.
액체는 그릇 모양을 따르니 부피도 그릇마다 달라진다.
NASA 에 따르면 액체는 그릇 모양은 따르지만 부피는 정해져 있습니다. 모양과 부피를 모두 그릇에 맞추는 것은 기체입니다.
기체 온도를 올리려면 꼭 열을 넣어야 한다.
NASA 의 압축 · 팽창 쪽은 실린더 안으로 열이 들어오지 않는 압축에서도 압력이 오르면 온도가 오른다고 설명합니다. 열 대신 피스톤이 한 일이 기체의 에너지가 됩니다.
높이 올라간 공기가 차가워지는 것은 둘레에 열을 빼앗겼기 때문이다.
미국 기상청은 마른 공기 덩이를 들어 올리면 온도가 1 km 마다 9.8 °C 내려간다고 적고 이를 «단열» 감률이라 부릅니다 — 열을 주고받지 않아도 낮은 기압에서 부풀며 식습니다.
볼츠만 상수는 실험할 때마다 조금씩 달라지는 잰 값이다.
NIST 는 볼츠만 상수 k = 1.380 649 × 10⁻²³ J/K 를 «정확한(exact)» 값으로 적고, BIPM 은 이 값을 못 박아 온도 단위 켈빈을 정의합니다.
기술만 좋아지면 열효율 100 % 엔진도 만들 수 있다.
Museo Galileo 에 따르면 카르노는 1824 년 책에서 어떤 실제 기관의 효율도 100 % 와 같을 수 없다고 했습니다. 시뮬레이터에서도 차가운 쪽이 0 K 가 아닌 한 효율은 1 보다 작습니다.
열은 찬 쪽에서 뜨거운 쪽으로도 저절로 흐를 수 있다.
NASA 는 열이 뜨거운 물체에서 찬 물체로 옮겨 가며, 두 물체가 같은 온도가 되는 과정은 되돌릴 수 없다고 설명합니다. 찬 쪽에서 뜨거운 쪽으로 열을 옮기려면 냉장고처럼 일을 해 주어야 합니다.
에너지가 보존되니 쓸 수 있는 몫도 늘 그대로 남는다.
Museo Galileo 는 열-기계 장치를 움직이는 에너지의 일부가 반드시 흩어진다고 설명합니다. 에너지의 양은 그대로여도 다시 일로 쓸 수 있는 몫은 줄어듭니다.
물의 온도를 올리려면 반드시 불이나 열을 넣어야 한다.
Science Museum 에 따르면 줄의 실험에서 떨어지는 추가 물갈퀴를 돌려 물을 휘젓자 물 온도가 조금 올랐고, 그 오름은 한 일에 정비례했습니다. 일도 열처럼 내부 에너지를 늘립니다.
물체는 열을 얼마만큼 «품고» 있다.
NASA 는 열과 일이 따로 저장되거나 보존되지 않고 과정에 따라 달라진다고 설명합니다. 물체에 담기는 것은 내부 에너지이고, 열과 일은 그것을 옮기는 두 가지 길입니다.
좋은 엔진은 연료의 에너지를 모두 움직임으로 바꾼다.
미국 에너지부(DOE)는 내연 기관이 연소에서 나온 에너지의 일부만 일로 바꾼다고 설명합니다. 나머지는 일이 되지 못하고 버려집니다.
냉장고는 안에 «차가운 기운» 을 만들어 넣는다.
ENERGY STAR 는 열펌프가 여름에는 집 안의 열을 밖으로 빼내고 겨울에는 바깥 열을 집 안으로 들인다고 설명합니다 — 차가움을 만드는 것이 아니라 열을 옮기는 기계입니다.
전기 1 만큼 쓰면 얻는 열도 1 만큼을 넘을 수 없다.
ENERGY STAR 에 따르면 공기 열펌프는 쓴 전기 에너지보다 최대 3 배 많은 열 에너지를 집에 줍니다. 전기로 열을 만들지 않고 바깥의 열을 옮겨 오기 때문입니다.
«에너지 보존» 은 에너지를 아껴 쓰자는 말이다.
미국 에너지정보청(EIA)은 과학자에게 에너지 보존이 에너지를 아낀다는 뜻이 아니라, 에너지가 생기지도 없어지지도 않는다는 법칙이라고 설명합니다.
에너지를 쓰고 나면 그 에너지는 사라진다.
EIA 에 따르면 사람이 에너지를 써도 에너지는 사라지지 않고 한 꼴에서 다른 꼴로 바뀝니다.
백열전구에 넣은 전기는 거의 다 빛이 된다.
미국 에너지부(DOE)에 따르면 백열전구는 에너지의 90 % 를 열로, 10 % 만 빛으로 냈습니다.
사람 몸은 먹은 에너지를 거의 다 움직이는 데 쓴다.
EIA 는 사람 몸이 대개 효율이 5 % 보다 낮다고 설명합니다.
에너지는 종류가 셀 수 없이 많아 서로 아무 관계가 없다.
EIA 는 에너지의 꼴이 여럿이지만 모두 위치 에너지 아니면 운동 에너지라고 설명합니다. 꼴이 달라도 서로 바뀔 수 있는 같은 에너지입니다.
식품 포장의 «칼로리» 는 과학책의 칼로리(cal)와 크기가 같다.
NIST 표에서 영양에 쓰는 칼로리(kilogram calorie, nutrition)는 4.184 × 10³ J 로, 열화학 칼로리 1 cal(4.184 J)의 1,000 배입니다. 포장의 1 칼로리는 1 kcal 입니다.
kW 와 kWh 는 같은 것을 다르게 쓴 것이다.
EIA 는 1 kWh 를 1 kW 를 한 시간 동안 낸 에너지라고 설명합니다. kW 는 1 초에 쓰는 빠르기(일률)이고, kWh 는 그 빠르기에 쓴 시간을 곱한 에너지의 양입니다.
현대 물리 · 67
로런츠 변환은 아인슈타인이 처음부터 혼자 만든 식이다.
Stanford 누리집에 따르면 피츠제럴드와 로런츠가 1892 년에 움직이는 장치가 크기 · 꼴을 바꾼다는 결과를 먼저 얻었고, 아인슈타인은 1905 년까지 그 결과가 한 가정에서 나온다는 것을 보였습니다.
E = mc² 는 원자핵 반응에만 해당하는 식이다.
APS 에 따르면 아인슈타인은 물체가 에너지를 내놓으면 그만큼 질량이 줄어야 한다고 했습니다 — 에너지가 들고 나는 모든 일에 해당하지만, 화학 반응 · 데우기 같은 일상의 질량 변화는 너무 작아 느끼지 못합니다.
E = mc² 는 실험으로 확인된 적 없는 이론일 뿐이다.
NIST 는 2005 년 MIT · NIST · ILL 의 실험이 이 식의 가장 정밀한 직접 시험이었고, 두 값 차이가 많아야 100 만분의 0.4 였다고 적습니다.
빛의 0.75 배끼리 마주 보고 다가가면 서로를 1.5c 로 다가오는 것으로 잰다.
Stanford 누리집의 보기처럼 상대론의 속도 더하기 식으로 계산하면 0.96c 입니다 — 1.5c 는 빛보다 빨라 잴 수 없는 값입니다.
두 번개가 동시인지 아닌지는 누가 봐도 똑같이 정해진다.
Stanford 중력 탐사선 B 누리집은 푸앵카레가 1898 년에 시간 간격도 길이처럼 관찰자에 따라 다를 수 있다고 내다봤다고 적습니다 — 특수 상대성 이론에서 «동시» 는 보는 틀마다 다릅니다.
시공간 도표에서 물체는 시간 축을 따라 앞뒤로 마음대로 오갈 수 있다.
Stanford 누리집은 실제 물체의 모든 일이 빛원뿔 안에 있다고 설명합니다 — 물체의 세계선은 원뿔 안에서 과거(아래)에서 미래(위)로 나아갑니다.
민코프스키 시공간에서도 시간과 공간은 따로따로 다룬다.
Stanford 누리집이 옮긴 민코프스키의 1908 년 말처럼 «공간 그 자체와 시간 그 자체는 그림자로 사라질 운명» 이고, 둘은 하나의 4 차원 세계로 묶입니다.
상대성 이론은 «모든 것은 보는 사람에 따라 다르다» 는 뜻이다.
아인슈타인이 붙든 것은 오히려 «누구에게나 같은 것» 입니다. Stanford 중력 탐사선 B 누리집은 그가 물리 법칙과 빛의 빠르기가 일정하게 움직이는 모든 관찰자에게 같아야 한다고 결론 내렸다고 적습니다.
충분히 힘센 로켓이면 빛을 따라잡아 앞지를 수 있다.
NASA 교육 쪽은 아인슈타인이 빛의 빠르기를 어떤 물체도 넘을 수 없는 한계로 두었다고 적습니다 — 빛은 쫓아가는 사람에게도 늘 c 로 달아납니다.
길이 수축은 빠르게 지나가서 눈이 착각하는 것이다.
Stanford 중력 탐사선 B 누리집은 수축이 눈의 착각 이상이며 물체가 정말로 줄어든다고 적습니다 — 그 틀에서 재면 실제로 짧게 잰다는 뜻입니다.
시간 지연은 빛에 가까운 빠르기에서만 생긴다.
NIST 는 알루미늄 원자시계로 시속 약 32 km 자동차 정도의 빠르기에서도 시간 지연을 쟀습니다 — 일상의 빠르기에서는 그 크기가 아주 작을 뿐입니다.
쌍둥이 역설은 상대성 이론이 스스로 모순이라는 증거다.
두 쌍둥이는 대칭이 아닙니다 — 여행한 쪽만 돌아서며 틀을 바꿉니다. Stanford 누리집에 옮긴 NASA 답도 우리가 낼 수 있는 빠르기에서는 그 나이 차가 1 초의 아주 작은 몫으로 나타난다고 적습니다.
시공간은 늘인 천 모형처럼 아래로 움푹 꺼진 고무판이다.
늘인 천은 비유일 뿐입니다 — NASA JPL 수업 자료도 이 모형이 2 차원이라 모든 물체가 한 평면에서만 돌고, 천의 마찰 때문에 도는 공이 느려져 가운데로 떨어진다는 한계를 적습니다.
무거운 물체일수록 중력 때문에 더 빨리 떨어진다.
NASA 는 아폴로 15 호 우주 비행사가 달에서 망치와 깃털을 함께 떨어뜨린 일을 소개하며, 함께 놓은 물체는 질량과 상관없이 같은 빠르기로 떨어진다고 적습니다. MICROSCOPE 위성도 티타늄 · 백금 사이에서 차이를 찾지 못했습니다.
끌림 효과는 너무 작아서 아직 아무도 재지 못했다.
NASA 에 따르면 중력 탐사선 B 는 끌림 효과를 해마다 −37.2 ± 7.2 밀리각초로 쟀고, APS 는 LAGEOS 위성 시험이 약 10 % 수준에 이르렀다고 적습니다.
일반 상대성 이론은 먼 우주에만 쓰이고 생활과는 상관없다.
ESA 는 갈릴레오 위성 시계에서 상대성 효과를 고치지 않으면 하루에 약 10 km 의 위치 오차가 생긴다고 적습니다.
아인슈타인은 일반 상대성 이론을 1905 년에 특수 상대성 이론과 함께 내놓았다.
APS 에 따르면 그는 1907 년 승강기 비유에서 실마리를 찾았고, 이론의 꼴을 다 갖춘 것은 1915 년 말 ~ 1916 년 초입니다.
중력 렌즈는 우주에 떠 있는 거대한 유리 렌즈 같은 물체다.
NASA 허블 쪽 설명처럼 중력 렌즈는 무거운 천체가 시공간을 휘게 해 빛이 휘는 일이며, 렌즈 노릇을 하는 것은 그 천체의 중력입니다.
1919 년 일식 관측에서 아인슈타인 고리를 처음 봤다.
1919 년 일식 관측은 해 곁 별빛이 휜 것을 잰 것이고, NASA 에 따르면 처음 알려진 아인슈타인 고리(MG 1131+0456)는 1987 년 VLA 전파 망원경으로 관측됐습니다.
중력이 시간에 미치는 효과는 블랙홀처럼 아주 센 곳에서만 생긴다.
NIST 는 33 cm, JILA 는 1 mm 높이 차에서도 원자시계 빠르기가 달라지는 것을 쟀습니다.
시간은 우주 어디서나 똑같이 흐른다.
ESA 는 갈릴레오 위성 5 · 6 호의 시계로 궤도의 시계가 땅의 시계보다 빨리 간다는 것을 확인했다고 적습니다.
중력파는 소리처럼 공기를 타고 오는 파동이다.
NASA 는 중력파가 빛의 빠르기로 퍼지며 지나가는 길의 모든 것을 늘였다 줄였다 한다고 적습니다 — 공기가 아니라 시공간 자체가 출렁입니다.
흑체는 빛을 내지 않는 까만 물체다.
APS 에 따르면 키르히호프는 흑체를 받은 복사 에너지를 모두 다시 내놓는, 완전한 흡수체이자 완전한 방출체로 정의했습니다 — 달군 흑체는 온도에 맞는 빛깔로 환하게 빛납니다.
빛은 에너지만 나를 뿐, 무언가를 미는 운동량은 없다.
콤프턴은 1923 년 Physical Review 논문 요약에서 복사 양자가 에너지와 함께 운동량도 나른다고 밝혔습니다.
알갱이가 빠를수록 물질파 파장이 길어진다.
APS 데이비슨–거머 기념 표지판은 «알갱이의 빠르기가 클수록 파장이 짧다» 고 적습니다.
빛을 더 세게 비추면 튀어나오는 전자가 더 빨라진다.
MagLab 에 따르면 레나르트는 빛의 세기가 튀어나온 전자의 빠르기 · 운동 에너지에 아무 영향을 주지 않고, 운동 에너지는 빛의 파장(진동수)에 따라 바뀐다는 것을 알아냈습니다.
빨간 빛도 오래 비추면 에너지가 쌓여 결국 전자가 나온다.
APS 에 따르면 금속마다 전자를 떼어 내는 빛의 최소 진동수가 따로 있어, 그보다 진동수가 낮은 빛으로는 전자가 나오지 않습니다.
빛을 세게 하면 빛 알갱이 하나하나의 에너지가 커진다.
APS 는 아인슈타인의 생각을 에너지가 진동수와 이어진 알갱이들의 흐름으로 설명합니다 — 세기를 키우면 알갱이 수가 늘 뿐, 하나의 에너지는 진동수(색)가 정합니다.
플랑크 상수는 지금도 잴 때마다 조금씩 고쳐지는 값이다.
BIPM 은 킬로그램을 플랑크 상수 h 의 고정된 수치로 정의하고, CODATA 2022 표에도 h 는 정해진 값으로 실려 있어 더는 고치지 않습니다.
한 번에 알갱이 하나씩 오면 간섭할 짝이 없으니 줄무늬가 생길 수 없다.
NIST 의 2014 년 이중 슬릿 논문은 단일 광자 검출기 줄로, 낱낱의 알갱이가 많이 닿은 뒤 뚜렷한 파동 무늬가 드러나는 것을 지켜보았습니다.
빛은 파동, 전자는 알갱이라서 둘은 전혀 다르게 행동한다.
MagLab 에 따르면 드브로이는 빛의 이중성이 물질에도 들어맞을 수 있다고 내놓았고, APS 는 1927 년 데이비슨–거머 실험이 입자의 파동 성질을 처음 직접 보였다고 기록합니다.
보스–아인슈타인 응축은 이론으로만 있고, 실제로 만든 적은 없다.
APS 에 따르면 1995 년 6 월 5 일 JILA 에서 루비듐 원자 약 2,000 개로 처음 만들었고, 곧이어 MIT 의 케털리도 만들었습니다.
원자 속 전자는 행성처럼 아무 궤도에서나 아무 에너지로 돌 수 있다.
APS 에 따르면 보어 모형에서 전자 궤도마다 정해진 에너지가 있고, 전자는 한 궤도에서 다른 궤도로 옮길 때만 에너지를 얻거나 잃습니다.
얽힌 두 입자의 결과가 맞는 것은 떠날 때 미리 정해 둔 답(숨은 값)을 들고 갔기 때문이다.
NIST 의 2015 년 빈틈 없는 벨 시험 결과는 국소 실재론(미리 정해진 답 + 빛보다 빠르지 않은 영향)을 강하게 배제했습니다.
중첩 상태는 튼튼해서, 주변이 조금 흔들려도 그대로 남는다.
NIST 에 따르면 떠도는 전기장 · 온도 흔들림 · 우주선 하나로도 중첩이나 얽힘이 깨질 수 있습니다.
터널 효과는 원자보다 작은 세계에서만 일어나, 손으로 만든 회로에서는 볼 수 없다.
APS 에 따르면 2025 년 노벨 물리학상은 맨눈으로 볼 만큼 큰 회로의 조지프슨 접합에서 전자 쌍(쿠퍼 쌍)이 장벽을 터널링하는, 거시적 터널 효과를 찾은 연구에 주어졌습니다.
물질에 흩어진 빛은 모두 색이 바뀐다.
MagLab 에 따르면 흩어진 빛 가운데서도 아주 작은 일부만 다른 파장을 보이고, 나머지는 들어온 색 그대로 흩어집니다.
하이젠베르크의 행렬 역학과 슈뢰딩거의 파동 역학은 서로 맞서는 전혀 다른 이론이다.
APS 에 따르면 슈뢰딩거는 1926 년 5 월 행렬 수학과 파동 역학이 같은 것임을 증명했습니다.
불확정성은 측정 기계가 서툴러서 생기므로, 기계가 좋아지면 사라진다.
APS 는 입자의 정확한 위치와 운동량을 동시에 결코 알 수 없다고 정리합니다 — 재는 기계가 없는 시뮬레이터의 파동 묶음에서도 Δx·Δp 는 ħ/2 아래로 내려가지 않습니다.
원자는 작은 알갱이들이 빈틈없이 꽉 찬 덩어리다.
원자핵은 원자 부피의 0.01 % 보다 훨씬 작은 곳에 원자 질량의 99.9 % 넘게를 모아 두고 있어, 원자 속 대부분은 원자핵 바깥의 넓은 자리입니다.
동위 원소는 모두 방사능을 낸다.
DOE 는 부서지지 않는 안정 동위 원소가 254 가지 알려져 있다고 적습니다.
결합 에너지는 원자핵 안에 «들어 있다가» 꺼내 쓰는 에너지다.
결합 에너지는 원자핵을 묶어 두는 에너지로, 원자핵이 만들어질 때 사라진 질량만큼 밖으로 나옵니다 — 중수소가 생길 때 사라진 0.00239 u 가 2.225 MeV 감마선이 되는 것처럼요.
원자핵의 질량은 양성자와 중성자 질량을 그대로 더한 것이다.
CODATA 값으로 중수소핵(듀테론) 질량은 3.3435837768×10⁻²⁷ kg 으로, 양성자와 중성자 질량의 합(3.3475494265×10⁻²⁷ kg)보다 작습니다.
핵분열은 원자핵이 가루처럼 잘게 부서지는 것이다.
핵분열에서 무거운 원자핵은 대략 같은 크기의 두 조각으로 쪼개지고, 중성자가 보통 2~3 개 함께 나옵니다.
연쇄 반응은 한번 시작되면 막을 수 없다.
원자로에서는 연료 설계와 제어봉이 핵반응의 세기를 제한합니다.
핵융합은 원자핵을 쪼개는 원자력 발전과 같은 반응이다.
핵융합은 가벼운 원자핵 둘이 합쳐 더 무거운 원자핵 하나가 되는 반응으로, 무거운 원자핵이 쪼개지는 핵분열과 반대 방향입니다.
태양 중심처럼 1,500 만 도면 지구의 핵융합 장치도 충분하다.
KFE 는 지구에서는 태양보다 뜨거운 1 억 도 이상의 플라스마가 있어야 핵융합 반응이 활발하다고 설명합니다.
베크렐 값이 같으면 흡수선량(그레이)도 언제나 같다.
방사능(Bq)은 단위 시간마다 일어나는 붕괴 수이고, 흡수선량(Gy)은 질량 1 kg 마다 쌓인 에너지라서 서로 다른 양입니다.
1 Bq 는 엄청나게 센 방사능이다.
1 Bq 는 1 초에 붕괴 한 번일 뿐이고, 옛 단위 1 퀴리는 370 억 Bq 입니다.
원자핵이 붕괴하면 그 원자는 아예 사라진다.
붕괴한 방사성 핵종은 다른 원자(붕괴 생성물)로 바뀝니다 — 라돈-222 가 여러 번 바뀌어 결국 납-206 이 되는 것처럼요.
방사능은 사람이 만든 물질에만 있다.
LBL 은 지구에 자연으로 있는 방사성 동위 원소가 약 50 가지라고 적습니다.
반감기가 두 번 지나면 원자핵이 모두 사라진다.
반감기 두 번 뒤에는 처음의 4 분의 1, 세 번 뒤에는 8 분의 1 이 남습니다.
오래 살아남은 원자핵일수록 곧 부서질 차례다.
원자핵이 부서질 확률은 그 원자핵의 나이나 만들어진 방법과 상관없습니다.
반물질은 공상 과학 영화에만 나오는 물질이다.
반물질은 실제로 있고, 보통 바나나도 약 75 분마다 양전자 하나를 냅니다.
반물질은 중력을 거슬러 위로 떨어진다.
중력은 반물질에도 작용해서, 반수소도 위가 아니라 아래로 떨어집니다.
중력은 무거운 것을 끌어당기니 가장 센 힘이다.
DOE 는 중력이 자연의 네 힘 가운데 단연 가장 약하다고 설명합니다 — 양성자 둘 사이에서는 전기력이 중력의 약 10³⁶ 배입니다.
표준 모형은 네 힘을 모두 설명한다.
표준 모형은 네 기본 힘 가운데 셋을 설명하고, 중력은 표준 모형에 들어 있지 않은 유일한 힘입니다.
우리 몸무게는 모두 힉스 장이 준 것이다.
양성자 · 중성자 질량의 거의 전부는 쿼크와 글루온의 상호 작용에서 옵니다 — 힉스 장이 쿼크에 직접 주는 질량은 그 가운데 작은 몫입니다.
힉스 입자는 이론에만 있고 실제로 본 적은 없다.
2012 년 CERN LHC 의 ATLAS · CMS 실험이 힉스 입자의 존재를 확인했습니다.
중성미자는 질량이 없는 입자다.
DOE 는 중성미자를 질량이 있는 입자 가운데 우주에 가장 많은 입자라고 설명합니다.
중성미자는 한 종류뿐이다.
중성미자는 전자 · 뮤온 · 타우 중성미자 세 종류이고, 날아가는 동안 종류가 바뀝니다(중성미자 진동).
원자가 더 쪼갤 수 없는 가장 작은 알갱이다.
원자 속 양성자 · 중성자는 쿼크로 되어 있고, 보통 물질은 위 쿼크 · 아래 쿼크 · 전자 세 가지 입자로 이루어집니다.
어떤 입자의 전하든 언제나 e 의 정수배다.
쿼크는 분수 전하(+⅔ e, −⅓ e)를 가진 유일한 기본 입자입니다.
원자핵 속 양성자들은 전기력으로 서로 붙어 있다.
같은 양전하인 양성자들은 전기력으로 서로 밀어내고, 강한 힘이 이 효과를 이겨 원자핵을 묶습니다.
쿼크의 «빨강 · 초록 · 파랑» 은 진짜 색깔이다.
쿼크의 색은 빨강 · 초록 · 파랑이라는 이름을 붙인 양자수이고, 양자 색역학의 «chromo» 는 그리스 말 «색» 에서 왔습니다.
약한 힘은 너무 약해서 아무 일도 하지 않는다.
약한 힘이 일으키는 핵반응은 수십억 년 동안 태양과 별을 빛나게 했습니다.
베타선의 전자는 원자핵 둘레를 돌던 전자가 튀어나온 것이다.
베타 마이너스 붕괴에서는 약한 힘이 중성자를 양성자로 바꾸면서 전자와 전자 반중성미자가 새로 생깁니다.
지구와 날씨 · 87
하늘은 위로 갈수록 끝없이 추워지기만 한다.
NOAA 에 따르면 성층권에서는 오존이 생길 때 나오는 열 때문에 위로 갈수록 기온이 올라가고, 열권도 위로 갈수록 뜨거워집니다.
대류권은 지구 어디서나 같은 높이에서 끝난다.
NOAA 는 대류권의 높이가 곳마다 다르다고 적습니다 — 표준 대기의 11 km 는 계산을 위해 정한 값입니다.
따뜻한 공기가 위를 덮고 있으면 아래 공기도 덩달아 잘 올라간다.
NOAA 는 찬 공기 위에 따뜻한 공기가 있는 상태를 «안정» 이라 부르고, 이때 공기가 위아래로 움직이기 어렵다고 설명합니다.
공기는 올라가기만 하면 언제나 1 km 에 똑같이 식는다.
SPC 기준으로 마른 공기는 1 km 에 9.8 °C, 구름이 생기며 오르는 공기는 약 5.5~6.0 °C 식어, 젖은 정도에 따라 식는 빠르기가 다릅니다.
오로라는 북쪽 하늘에서만 볼 수 있다.
남쪽 하늘의 오로라(Aurora Australis, 남극광)도 있습니다 — NOAA 는 북위 · 남위 모두 약 60~75° 띠가 오로라를 보기 가장 좋은 곳이라고 적습니다.
오로라는 햇빛이 극지방 얼음에 반사된 빛이다.
오로라는 전자가 높은 하늘의 산소 · 질소와 부딪혀 내는 빛이고, 보통 땅에서 80~500 km 높이에서 생깁니다(NOAA).
공기는 가벼워서 아무것도 누르지 못한다.
표준 대기압은 101,325 Pa 로, 바다 높이의 공기는 넓이 1 m² 마다 약 101,325 N 의 힘으로 누릅니다(1 Pa = 1 N/m²).
구름은 눈에 보이지 않는 수증기(기체)로 되어 있다.
구름은 수증기가 식어 맺힌 아주 작은 물방울이 모인 것이고, NOAA 는 구름 물방울이 응결핵을 품어도 거의 순수한 물이라고 설명합니다.
상대 습도가 높은 날일수록 언제나 더 후덥지근하다.
NWS 는 상대 습도가 오해를 부르기 쉽다며, 얼마나 습하게 느껴질지는 이슬점을 보라고 적습니다 — 기온 −1.1 °C 에 상대 습도 100 % 인 날보다 기온 26.7 °C 에 50 % 인 날이 이슬점이 훨씬 높습니다.
이슬점은 이슬이 맺히는 새벽에만 쓰는 말이다.
NWS 는 이슬점을 공기를 식혀 포화에 이르게 하는 온도로 정의합니다 — 하루 내내 어느 때의 공기에나 이슬점이 있습니다.
빗방울은 위가 뾰족한 눈물 모양이다.
USGS 는 반지름 1 mm 보다 작은 빗방울은 공처럼 둥글고, 지름 2~3 mm 쯤이면 밑이 꽤 납작해진다고 설명합니다.
구름 물방울 하나가 그대로 커져 곧장 빗방울이 된다.
USGS 에 따르면 빗방울 하나를 만드는 데 구름 물방울이 수백만 개 필요합니다.
비가 오지 않는 곳에는 번개가 떨어지지 않는다.
NOAA 는 번개가 거의 다 뇌우에서 10 mile(약 16 km) 안에서 친다고 적습니다 — 비구름 바로 밑이 아니어도 그 거리 안이면 번개가 닿을 수 있습니다.
번개는 빛만 번쩍일 뿐 뜨겁지 않다.
NOAA NSSL 에 따르면 번개는 지나는 공기를 잠깐 약 50,000 °F(약 27,800 °C)까지 데웁니다.
바람은 고기압에서 저기압으로 곧장 일직선으로 분다.
NOAA 는 지구 자전 때문에 북반구에서 움직이는 것이 오른쪽으로 휘고, 땅 가까이에서는 마찰 때문에 바람이 등압선을 조금 비스듬히 가로지른다고 설명합니다.
기압이 1,000 hPa 를 넘기만 하면 언제나 고기압이다.
기상청은 고기압 · 저기압을 둘레와 견주어 정한다고 설명합니다 — 1,022 hPa 도 둘레가 1,023 · 1,024 hPa 이면 저기압입니다.
차가운 공기 덩어리는 늘 눈과 비를 잔뜩 몰고 온다.
NOAA 는 대륙성 한대 기단(cP)이 아주 메마르다고 설명합니다 — 차갑다고 해서 습한 것은 아닙니다.
장마 기간에는 날마다 비가 온다.
기상청 평년값(1991~2020)으로 중부지방 장마 31.5 일 가운데 비가 온 날은 17.7 일입니다 — 비가 쉬는 날도 많습니다.
제트 기류는 1 년 내내 같은 세기로 분다.
미국 국립기상청 훈련 자료는 제트 기류가 여름보다 겨울에 훨씬 세다고 적습니다.
적도의 더운 공기는 한 번에 극까지 갔다가 돌아온다(반구마다 큰 고리 하나).
1735 년 해들리가 그런 큰 고리 하나를 내놓았지만, NOAA 는 실제로 반구마다 해들리 · 페렐 · 극 순환의 세 고리가 있다고 설명합니다.
태풍과 온대 저기압은 전혀 다른 것이라 서로 바뀔 수 없다.
NOAA 용어집은 열대 저기압이 이따금 열대 성질을 잃고 온대 저기압으로 바뀐다고 적습니다.
저기압은 한자리에 오래 머무르며 비를 뿌린다.
NOAA 는 온대 저기압을 중 · 고위도를 «옮겨 다니는» 전선 저기압으로 풀이합니다.
여름이 더운 것은 지구가 해에 더 가까워지기 때문이고, 계절풍도 그래서 바뀐다.
NASA 는 태양과의 거리가 계절의 까닭이 아니라고 적고, 기상청은 계절풍이 육지와 바다의 온도 차이 때문에 분다고 설명합니다.
여름에는 바다가 육지보다 더 뜨거워서 바람이 육지 쪽에서 분다.
기상청은 여름철에 육지가 바다보다 더 더워져 바람이 바다에서 육지로 분다고 설명합니다.
태풍은 한가운데(눈)에서 바람이 가장 세다.
기상청 태풍백서에 따르면 눈은 바람이 비교적 약하고 날씨가 맑으며, 가장 센 바람은 눈을 둘러싼 눈벽에 모입니다.
한랭 전선에서는 더운 공기가 찬 공기를 밀어낸다.
미국 국립기상청은 찬 공기가 더 무거워(밀도가 커) 밀고 들어와 더운 공기를 밀어낸다고 설명합니다.
엘니뇨는 해마다 꼬박꼬박 찾아온다.
NOAA 에 따르면 엘니뇨 · 라니냐는 평균 2~7 년마다 오지만 정해진 차례 없이 찾아옵니다.
해는 너무 멀어서 밀물 · 썰물에 아무 영향이 없다.
NOAA 에 따르면 해의 조석력은 달의 약 절반으로, 결코 작지 않습니다.
밀물은 하루에 한 번만 온다.
NOAA 에 따르면 바닷가는 24 시간 50 분마다 밀물 두 번과 썰물 두 번을 겪습니다.
바닷물은 짠맛만 날 뿐, 녹아 있는 소금은 아주 조금이다.
USGS 에 따르면 바닷물 무게의 약 3.5 % 가 녹은 소금이라, 바닷물 1 kg 에 약 35 g 이 녹아 있습니다.
바다에서 증발해 만들어진 비도 바닷물처럼 짜다.
NOAA 는 바다에서 물이 증발할 때 소금이 남아 바다 쪽 염분이 높아진다고 설명합니다 — 그래서 바다에 내리는 빗물은 민물입니다.
바다는 깊이 들어가도 바닷가 물처럼 수온이 비슷하다.
NOAA 는 표층 혼합층 아래 수온 약층에서 수온이 빠르게 내려가고, 약 3,993 m 보다 깊은 곳은 어는점 가까이까지 차갑다고 적습니다.
수온 약층은 어느 바다에서나 한 해 내내 같은 깊이에 있다.
NOAA 는 수온 약층의 깊이와 세기가 계절과 해마다 바뀌고, 극지방에서는 얕거나 없다고 설명합니다.
넓은 바다의 해류는 밀물 · 썰물처럼 달이 끌어당겨 생긴다.
NOAA 는 넓은 바다의 표층 해류가 지구를 도는 복잡한 바람 체계에 밀려 움직인다고 설명합니다.
깊은 바다의 물은 움직이지 않고 그대로 고여 있다.
NOAA 에 따르면 깊은 바다도 초속 몇 cm 로 흐르며, 바닷물 1 m³ 가 지구 바다를 한 바퀴 도는 데 약 1,000 년이 걸립니다.
지진 해일은 밀물 · 썰물이 크게 일어난 «tidal wave» 다.
미국 지진해일경보센터는 지진 해일이 해와 달이 끌어당겨 생기는 조석과 상관이 없어 «tidal wave» 라 부르는 것은 틀렸다고 적습니다.
지진 해일은 큰 파도 한 번으로 끝난다.
지진 해일은 아주 긴 파도가 줄지어 오는 무리이고, 마루 사이 시간이 5 분~2 시간이나 됩니다(미국 지진해일경보센터).
대륙이 움직인다는 생각은 베게너가 맨 처음 떠올렸다.
USGS 는 베게너보다 앞서 다른 사람들도 아프리카와 남아메리카 해안선이 맞는다는 것을 알아보았다고 적습니다. 베게너는 여기에 화석 같은 증거를 더해 «대륙 이동» 으로 묶었습니다.
대륙은 너무 무거워서 조금도 움직이지 않는다.
NOAA 에 따르면 대서양 중앙 해령은 지금도 해마다 2~5 cm 씩 벌어지고 있습니다.
땅속 깊은 곳은 모두 부글부글 녹은 용암이다.
NASA 는 안쪽 핵을 철과 니켈로 된 고체 공이라고 적습니다. 액체인 곳은 바깥 핵이고, 맨틀은 캐러멜처럼 끈적한 상태로 설명합니다.
우리가 사는 지각이 지구에서 가장 두꺼운 층이다.
NASA 값으로 육지 지각은 평균 약 30 km 이지만 맨틀은 약 2,900 km 로 백 배 가까이 두껍습니다.
나침반이 가리키는 북쪽은 어디서나 언제나 똑같다.
USGS 는 같은 곳에서도 나침반이 가리키는 방향이 시간에 따라 바뀐다고 적습니다.
지구 한가운데에는 커다란 막대자석이 박혀 있다.
NASA 는 지구의 빠른 자전과 녹은 니켈 · 철 핵이 자기장을 만든다고 설명하고, USGS 는 핵을 스스로 유지되는 발전기라고 부릅니다.
판은 꼼짝하지 않아서 대륙과 바다의 자리는 늘 그대로다.
NPS 는 대서양을 사이에 둔 판이 해마다 약 4 cm 씩 멀어진다고 적습니다.
판의 경계는 모두 판끼리 부딪치는 곳이다.
KIGAM 은 판의 경계를 발산 · 소멸(수렴) · 보존 경계 셋으로 나눕니다 — 서로 멀어지거나 옆으로 어긋나는 경계도 있습니다.
한반도는 판 경계 바로 위에 있다.
KIGAM 은 한반도가 유라시아판–태평양판 경계에서 500 km 이상 떨어져 있다고 설명합니다.
판은 너무 느려서 움직임을 잴 수 없다.
USGS 는 섭입대에서 판이 해마다 2~8 cm, 일본 북부 아래 태평양판은 약 80 mm 씩 내려간다고 적습니다.
지진의 흔들림은 한꺼번에 한 번만 닿는다.
USGS 는 P파가 1 초에 약 5.95 km, S파가 약 4.02 km 를 간다고 적습니다. 빠르기가 달라 먼저 작은 흔들림, 조금 뒤 큰 흔들림이 옵니다.
지진파는 종류와 상관없이 지구 한가운데까지 똑같이 지나간다.
USGS 지진계 설명은 P파가 핵에서 1 초에 13 km 로 빨라지는 것과 달리, S파가 핵을 지난다는 일관된 증거는 없다고 적습니다.
큰 지진은 지구 어디서나 고르게 일어난다.
USGS 는 세계에서 가장 큰 지진의 약 81 % 가 환태평양 지진대에서 일어난다고 적습니다.
우리나라 지진도 일본처럼 판의 경계에서 일어난다.
기상청은 우리나라 지진이 판 내부에서 발생한다고 설명합니다.
규모와 진도는 같은 말이다.
USGS 는 지진 하나에 규모는 하나뿐이고, 진도는 지역마다 여러 값으로 나뉜다고 설명합니다.
규모 6 지진은 규모 5 보다 에너지가 20 % 쯤 더 클 뿐이다.
기상청은 규모가 1 커질 때마다 지진 에너지가 약 32 배 늘어난다고 설명합니다.
지진은 땅속 큰 동굴이 무너져서 생긴다.
KIGAM 은 지각에 오랫동안 쌓인 변형이 암석의 강도 한계를 넘을 때 지진이 일어난다고 설명합니다.
큰 지진이면 단층이 한 번에 몇 km 씩 어긋난다.
USGS 기록에서 1906 년 지진 때 끊어진 단층 길이는 477 km 였지만, 단층을 가로지른 울타리가 어긋난 거리는 약 2.6 m 였습니다.
진원과 진앙은 같은 말이다.
USGS 는 진원을 땅속에서 지진 파열이 시작된 점으로, 진앙을 그 바로 위 땅 표면의 점으로 나눕니다.
관측소 한 곳만 있어도 지진이 난 곳을 정확히 알 수 있다.
USGS 는 관측소마다 거리를 반지름으로 원을 그리고, 모든 원이 만나는 한 점을 진앙으로 찾는다고 설명합니다 — 한 곳의 거리만으로는 원 위 어디인지 모릅니다.
마그마는 화산 바로 밑 땅 표면 가까이에서 생긴다.
USGS 에 따르면 킬라우에아 마그마는 약 1,500 °C 인 맨틀 깊은 곳에서 올라오고, 꼭대기 아래 약 3.5 km 의 마그마 방은 잠시 머무는 곳입니다.
마그마는 종류와 상관없이 모두 같은 온도에서 녹는다.
NPS 는 고철질 마그마가 약 1,200 °C, 규장질 마그마가 700~900 °C 에서 녹는다고 적습니다.
우리나라에는 화산이 없다.
기상청은 백두산에서 946~947 년 큰 분화가 있었던 것으로 보고, KIGAM 은 제주에서 최근 5 천 년 안에도 용암 분출이 있었다고 밝혔습니다.
바다는 물이라 햇빛을 거울처럼 많이 되비춘다.
NASA 는 탁 트인 바다의 반사율이 0.1 보다 낮다고 적습니다 — 바다는 햇빛의 90 % 넘게 흡수합니다.
지구 전체는 햇빛을 거의 되돌려 보내지 않는다.
위성으로 잰 지구 평균 반사율은 약 0.30 으로, 햇빛의 30 % 쯤을 되돌려 보냅니다(NASA).
화산이 사람보다 이산화 탄소를 훨씬 많이 내놓는다.
NASA 는 사람이 해마다 약 300억 톤의 이산화 탄소를 내놓아 화산보다 100~300 배 많다고 적습니다.
공기 속 이산화 탄소 양은 늘 똑같다.
NOAA GML 의 마우나로아 월평균 기록은 1958 년 3 월 315.71 ppm 에서 2026 년 9 월 426.07 ppm 으로 올랐습니다.
햇빛은 모두 땅에 닿아 땅을 데운다.
NASA 에 따르면 대기 꼭대기에 온 햇빛의 약 29 % 는 우주로 되돌아가고 23 % 는 대기가 흡수해, 땅과 바다가 흡수하는 것은 48 % 입니다.
지구 온난화는 요즘 사람들이 처음 꺼낸 이야기다.
NASA 에 따르면 1896 년 아레니우스가 이산화 탄소 변화가 기온을 바꿀 수 있다고 보았고, 1938 년 캘린더가 이산화 탄소 증가와 지구 온난화를 이었습니다.
지구 평균 기온은 100 년 동안 거의 바뀌지 않았다.
NASA 는 지구 평균 표면 온도가 19 세기 말부터 약 1 °C 올랐다고 적습니다.
온실 효과는 없을수록 좋은 나쁜 현상이다.
NASA 는 온실 효과가 없으면 지구 평균 기온이 15 °C 가 아니라 영하 18 °C 일 것이라고 설명합니다.
햇빛은 모두 땅에 닿아 지구를 데운다.
NASA 에 따르면 대기 꼭대기에 온 햇빛의 약 29 % 는 곧바로 우주로 되돌아갑니다.
자전축 기울기는 언제나 23.4° 로 변하지 않는다.
NASA 에 따르면 자전축 기울기는 지난 100 만 년 동안 22.1°~24.5° 사이를 약 4 만 1 천 년 주기로 오갔습니다.
궤도가 조금 바뀌어도 지구가 받는 햇빛 양은 거의 그대로다.
NASA 는 이 주기들이 중위도에 들어오는 햇빛 양을 최대 25 % 까지 바꾼다고 적습니다.
해수면이 오르는 것은 얼음이 녹아서일 뿐이다.
NOAA 는 바닷물이 데워지면 부피가 커져 세계 해수면을 올린다고 설명합니다 — 얼음이 녹지 않아도 해수면은 오를 수 있습니다.
해수면은 세계 어디서나 똑같은 빠르기로 오른다.
국립해양조사원은 1991~2020 년 우리 연안에서도 동해안 3.74 · 서해안 3.07 · 남해안 2.61 mm/년으로 바닷가마다 달랐다고 적습니다.
여름에는 지구가 해에 더 가까워서 덥다.
NASA 는 태양과의 거리가 계절의 까닭이 아니라 기울어진 자전축이 계절을 만든다고 설명합니다.
해는 한낮이면 언제나 머리 꼭대기(90°)에 뜬다.
NASA 는 한 해 동안 햇빛을 가장 곧게 받는 곳이 바뀐다고 설명합니다 — 북위 37.57° 에서는 하지에도 한낮 해 높이가 75.9° 입니다.
어느 겨울이 유난히 추우면 기후가 바뀌었다는 뜻이다.
NASA 는 날씨가 몇 분에서 몇 주 사이의 짧은 상태이고 기후는 수십 년에 걸쳐 평균한 날씨라고 설명합니다 — 한 해의 추위만으로는 기후를 말할 수 없습니다.
평년값은 한 번 정하면 바뀌지 않는다.
기상청은 WMO 권고에 따라 평년값을 10 년마다 새로 냅니다.
지질 시대의 이름과 경계는 책마다 마음대로 정해 쓴다.
NPS 는 지질 시대의 정식 구분을 국제 위원회가 정한다고 설명합니다.
선캄브리아 시대는 짧은 시대 하나일 뿐이다.
NPS 는 선캄브리아 시대를 하데스 · 시생 · 원생 세 누대로 나눕니다.
대리석과 화강암은 같은 가족의 돌이다.
USGS 는 화강암을 땅속에서 굳은 화성암으로, 대리암(대리석)을 열 · 압력 등으로 바뀐 변성암으로 적습니다.
퇴적암은 모래만 쌓여서 생긴다.
USGS 는 퇴적암이 먼저 있던 암석 조각이나 한때 살았던 생물의 잔해로 만들어진다고 적습니다 — 석회암 · 셰일도 퇴적암입니다.
모래는 «모래암» 이라는 한 가지 암석이다.
NPS 는 모래가 암석의 종류가 아니라 1/16~2 mm 크기의 알갱이를 가리키는 말이라고 적습니다.
암석은 한 번 생기면 영원히 그대로다.
NPS 는 알맞은 조건이 되면 한 종류의 암석이 다른 종류의 암석으로 바뀔 수 있다고 설명합니다.
지층은 위에 있는 층이 먼저 생겼다.
NPS 에 따르면 쌓인 지층에서 맨 아래 층이 가장 오래되고 맨 위 층이 가장 젊습니다.
비스듬히 기운 지층은 처음부터 기울어진 채로 쌓였다.
NPS 는 퇴적층이 처음에 거의 수평으로 쌓이고, 가파르게 기운 층은 쌓인 뒤 땅이 움직여 기울었다고 적습니다.
단단한 바위는 비 · 얼음 정도로는 부서지지 않는다.
NPS 는 바위 틈의 물이 얼면 부피가 9 % 커져 바위를 쐐기처럼 벌린다고 설명합니다.
풍화는 바위가 잘게 부서지는 것 한 가지뿐이다.
USGS 는 풍화가 물리적 · 화학적 · 생물학적 과정일 수 있다고 적습니다.
기술과 발명 · 24
스스로 고치는 자동 장치는 컴퓨터가 나온 뒤에야 생겼다.
영국 과학박물관 소장품 기록에 따르면 1788 년 볼턴과 와트의 «랩» 기관이 원심 조속기를 처음 단 와트 기관이고, 조속기는 기관이 «폭주» 하지 않게 하려고 달았습니다.
맞물린 톱니바퀴는 크기가 달라도 같은 빠르기로 돈다.
NASA 기술 보고서는 기계식 기어에서 맞물린 톱니바퀴들의 톱니 수 비가 기어비를 정한다고 적습니다. 톱니 수가 다르면 도는 빠르기도 그 비만큼 다릅니다.
겨울에는 땅속도 바깥 공기만큼 차가워서 열을 얻을 수 없다.
미국 에너지정보청에 따르면 땅속 약 3 m 의 온도는 한 해 내내 10~15.6 °C(50~60 °F)로 고르고, 겨울에는 지열 열펌프가 더 따뜻한 땅에서 열을 끌어옵니다.
CD 는 레코드판처럼 바늘이 홈을 긁어 소리를 읽는다.
IEEE 기록에 따르면 1979 년 필립스가 보인 CD 플레이어는 디지털 광 기록 · 재생으로 소리를 되살렸습니다. 바늘 대신 빛으로 숫자를 읽습니다.
한 주파수에는 한 번에 통화 하나만 실을 수 있다.
IEEE 기록에 따르면 CDMA 는 같은 주파수 자원으로 여러 통화를 한꺼번에 나를 수 있었습니다. 한국은 1996 년 이 방식의 상용 서비스를 열었습니다.
GPS 위성 하나만 보여도 내 위치를 정확히 알 수 있다.
gps.gov 는 삼변 측량을 «이미 아는 곳 적어도 3 곳까지의 거리» 로 위치를 정하는 것이라고 설명합니다. 그래서 GPS 는 땅 위 거의 어디서나 위성이 넷 이상 보이게 운영됩니다.
날개를 잘 만들면 바람의 에너지를 100 % 전기로 바꿀 수 있다.
미국 에너지부에 따르면 이론상 완벽한 풍력 발전기도 바람 에너지의 16/27(59.3 %)까지만 얻고, 실제 작은 풍력 발전기의 출력 계수는 0.25~0.45 입니다.
바람이 두 배 세지면 전기도 두 배 나온다.
미국 에너지부가 적은 식 P = Cp·½ρAV³ 에서 바람 빠르기 V 에는 세제곱이 붙어, 빠르기가 두 배면 일률은 8 배가 됩니다.
수소는 어떤 연료보다 에너지가 많으니, 담는 통도 작아도 된다.
미국 에너지부에 따르면 수소는 무게당 에너지가 모든 연료 가운데 가장 크지만, 부피당 에너지(에너지 밀도)는 아주 작습니다. 그래서 같은 에너지를 담으려면 큰 통이 필요합니다.
발전소에서 보낸 전기는 전선을 지나는 동안 하나도 사라지지 않는다.
EIA 에 따르면 미국에서 2018~2022 년 송전 · 배전 중 사라진 전기는 평균 약 5 % 였습니다. 전선 저항에서 열로 빠져나가는 몫이 있습니다.
변압기는 전압을 올리기만 하는 장치다.
EIA 는 변전소의 변압기가 전압을 올리기도(승압) 내리기도(강압) 한다고 설명합니다.
재생 에너지는 끝없이 쏟아지니 한 번에 얼마든지 꺼내 쓸 수 있다.
EIA 는 재생 에너지를 «저절로 다시 채워지지만 흐르는 양이 정해진» 에너지라고 정의합니다. 다시 채워지는 것과 한꺼번에 많이 쓸 수 있는 것은 다릅니다.
단단하고 무거운 벽일수록 소리를 잘 빨아들인다.
단단한 면은 소리를 빨아들이기보다 되돌려 보냅니다. NASA 보고서에 따르면 공기에서 유리(용융 실리카) 면으로 간 소리 에너지의 99.99 % 가 되돌아옵니다.
배율을 높이면 높일수록 더 작은 것까지 자세히 보인다.
MagLab 에 따르면 개구수(NA)의 1000 배쯤을 넘긴 배율은 상만 키울 뿐 새로운 모습을 더 보여 주지 못하는 «빈 배율» 입니다.
X선은 두께에 비례해 곧게 줄어, 두께를 두 배로 하면 모두 막힌다.
좁은 X선 다발은 지수 감쇠 법칙 I/I₀ = exp[−(μ/ρ)x] 에 따라 두께마다 같은 비율로 약해집니다.
X선은 뼈든 살이든 똑같이 막힌다.
뼈는 빽빽해서 피부보다 X선을 더 많이 흡수합니다.
회생 제동은 브레이크 때 잃는 에너지를 모두 되찾아 배터리에 넣는다.
미국 에너지부는 하이브리드 · 전기차가 회생 제동으로 «그냥 두면 버려질 제동 에너지의 일부» 를 되찾는다고 설명합니다. 시뮬레이터에서도 코일 저항에서 열로 나가는 몫이 생겨 50 J 가운데 약 41.7 J 만 부하로 갑니다.
연료를 두 배 실으면 로켓의 최고 속도도 두 배가 된다.
NASA 의 이상적인 로켓 방정식에서 속도 변화는 질량비의 로그에 비례합니다. 그래서 궤도에 오를 만큼 빨라지려면 질량비가 10 쯤 되어야 하고, 구조 · 엔진 · 탑재물은 출발 무게의 10 % 만 남습니다.
속력이 두 배면 멈추는 거리도 딱 두 배다.
영국 도로 교통 규칙 표에서 32 km/h 의 정지 거리는 12 m, 그 3.5 배 속력인 112 km/h 에서는 8 배인 96 m 입니다. 제동 거리가 속력의 제곱으로 늘기 때문입니다.
입구가 넓은 그릇으로 받으면 강수량이 더 많이 나온다.
넓은 그릇은 빗물을 더 많이 받지만 그만큼 넓이로 나누므로 강수량은 같습니다. 미국 기상청 표준 우량계도 받는 입구 넓이를 재는 관 넓이의 10 배로 정해 두고, 그 비율로 깊이를 읽습니다.
해시계 그림자는 1 년 내내 같은 시각이면 같은 길이로 진다.
국가유산청은 절기마다 해의 고도가 달라져 앙부일구 계절선에 비친 그림자 길이가 다르고, 그것으로 24 절기를 알 수 있다고 설명합니다.
해시계는 손목시계와 언제나 똑같은 시각을 가리킨다.
미국 해군 천문대는 잘 만든 해시계가 읽는 것이 «겉보기 태양시» 라고 설명합니다. 시계는 경도 15° 간격의 시간대를 따르므로 둘이 어긋날 수 있습니다.
가속기 속 자석이 입자를 밀어 빠르게 만든다.
미국 에너지부는 가속기의 전자석들이 입자 다발을 «휘고 모은다» 고 설명합니다. 빠르기를 올리는 것은 전기장으로, 시뮬레이터에서도 양성자는 틈 전압을 지날 때만 에너지를 얻습니다.
입자 검출기는 입자를 직접 눈으로 본다.
안개상자에서 보이는 것은 입자가 아니라, 대전 입자가 지나가며 남긴 이온과 물방울의 자취입니다(APS).