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책소개
물리학의 모든 분야를 다루지 않고, 물리학의 가장 기본이 되는 역학 분야만 다룬 책. 역학은 물리를 이해하는 기본적인 분야이며, 게임 개발을 위해서 필수적으로 알아야 하는 분야이기도 하다. 벡터, 운동방정식, 운동량 보존의 법칙, 뉴턴의 3법칙, 중력과 진동 등 물리를 이해하는 데 가장 기본이 되는 이론을 헤드 퍼스트 스타일로 쉽게 설명한다.
목차
1장 물리학자처럼 생각하기
일상 생활에서 우리는 항상 물리를 경험하며 살고 있습니다. 하지만 실제로 물리를 배운다고 생각하면 가끔씩 탈출구 없는 깊은 나락으로 빠져드는 것처럼 느껴질 지도 모릅니다. 하지만 너무 걱정하지 마세요. 이번 장에서는 물리학자처럼 생각하는 방법을 배우게 될 것입니다. 문제점에 한 걸음 다가가서 복잡한 문제를 훨씬 쉽게 만드는'특이점'과 패턴을 파악하기 위해 여러분의 직감을 활용하세요. 문제의 한 가운데 서게 되면, 어느덧 해결책에 한 걸음 다가 선 자신을 발견할 수 있을 것입니다.
2장 모든 것에는 의미가 있습니다
물리학은 크기를 나타내는 측정값에 기반을 두고 있습니다. 이 장에서 여러분은 실수를 미연에 방지하기 위해 단위와 근사치를 사용하는 방법을 배우게 될 것이며, 또한 오차라는 것이 문제가 되지 않음을 알게 될 것입니다. 이 장을 마칠 때쯤에 여러분은 언제 측정값이 의미를 가지는지 또한 측정값에서 크기가 어떤 의미를 가지는지를 알게 될 것입니다.
3장 과학 표기법, 면적 그리고 부피
이번 장에서 여러분은 과학 표기법으로 표현된 범상치 않은 숫자들을 다루고 큰 숫자들의 반올림 처리가 마지막에 0만 많아진다는 의미가 아님을 알게 될 것입니다. 또한 면적과 부피의 단위도 다루게 될 텐데, 이 경우에 특히 과학 표기법이 앞으로 다가올 수많은 고뇌의 시간을 벗어나게 해 줄 것입니다.
4장 방정식과 그래프
여러분은 이미 물리학자처럼 생각하기 위한 여정에서 좋은 출발을 했지만, 이제는 생각을 공유할 때가 되었습니다. 이 장에서는 여러분이 학습한 물리학 개념과 실험에 대해 천 마디의 말보다 나은 단 한 장의 그림으로 표현 가능한 그래프와 방정식이라는 새로운 언어를 배우는 첫 삽을 뜨게 될 것입니다. 보이는 것을 믿으세요.
5장 방향 처리
여러분은 이제 여러 가지 물리학 슈퍼파워를 가지고 있습니다: 그래프와 방정식도 마스터했고, 정답의 크기가 얼마나 될지도 가늠할 수 있습니다. 하지만, 크기가 전부는 아닙니다. 이 장에서는 복잡하게 보이는 문제를 해결할 수 있는 지름길을 찾는 데 도움이 되는 방향을 제시하는 벡터에 대해 배우게 될 것입니다.
6장 변위, 속도 그리고 가속도
물체가 낙하할 때, 변위, 속도 그리고 가속도 모두 중요합니다. 어떻게 하면 하나도 놓치지 않고 이 모든 것에 집중할 수 있을까요? 이번 장에서는 앞에서 배운 모든 것(변위, 속도, 가속도)을 하나 혹은 두 개의 방정식으로 통합하기 위한 준비과정으로써 실험, 그래프 그리고 기울기를 계산하는 방법에 대해 배울 것입니다.
7장 운동방정식 1
지금까지 실험을 하고, 그 결과를 바탕으로 그래프를 그려 방정식을 만들어 냈습니다. 하지만, 가끔 그래프는 직선형태가 아니어서, 여러분은 벽에 부딪칠 수밖에 없었습니다. 이 장에서는 곡선 형태인 낙하하는 물체의 변위-시간 그래프의 핵심이 되는 운동방정식을 유도해 내기 위해 치환이라는 수학적인 기술을 배우게 될 것입니다. 또한 정답이 올바른지 알아내기 위해 여러분의 직감을 사용하는 법도 배울 거예요.
8장 운동방정식 2
낙하하는 물체에 대해서는 이제 도가 텄을 거예요. 아주 잘했습니다. 하지만 나머지는 어떨까요? 하늘 위로 솟아 오르는 물체는 다룰 수 있나요? 이 장에서는 어떤 것이든 처리할 수 있는 세 번째 핵심 운동방정식을 여러분의 것으로 만들게 될 거예요. 또한 불가능한 임무를 가능하게 만들어 버리는 대칭에 대해서도 배울 것입니다.
9장 삼각형, 삼각법 그리고 궤적
현실에서는 물체가 올라가거나 내려가지 않고 옆길로 새는 경우가 많죠. 그렇다고 걱정할 필요는 없어요. 이 장에서는 아무리 복잡해 보이는 문제라도 직각삼각형을 이용해서 간단히 처리할 수 있는 삼각법을 배우게 될 테니까요.
10장 운동량 보존
지금까지 여러분은 이미 운동하고 있는 물체들을 다루는 방법을 배웠습니다. 그렇다면 최초로 운동을 하게 만드는 것은 무엇일까요? 물체를 밀면 움직입니다. 하지만 어떻게 움직일까요? 이 장에서는 뉴턴의 법칙 중 일부 내용을 학습할 것이고, 학습 후에는 관성에 대해 정통해질 것입니다. 또한 운동량이 무엇이며 그것이 보존되는 이유, 그리고 문제를 해결하기 위해 이를 어떻게 사용하는지 배우게 될 거예요.
11장 무게와 수직항력
이번 장에서, 여러분은 운동량 보존을 이용해서 뉴턴의 제2법칙인 Fnet = ma 이라는 중요한 방정식을 유도할 것입니다. 뉴턴의 제3법칙에서 쌍을 이루는 힘과 이를 결합해서 자유물체도표를 그리면, 운동하는 모든 물체를 다룰 수 있을 것입니다. 또한 질량과 무게가 다른 뜻이라는 사실을 배울 것이며, 여러분의 의견을 뒷받침하기 위해 수직항력을 자유자재로 사용할 수 있을 거예요.
12장 힘, 운동량, 마찰, 충격량 사용하기
여러분은 이미 운동방정식, 성분 벡터, 운동량 보존, 자유물체도표 그리고 뉴턴의 법칙을 알고 있습니다. 이번 장에서는 훨씬 더 범위가 넓은 물리학 문제를 해결하기 위해 이 모든 것을 조합해서 적용하는 법을 배울 것입니다. 때로는 이전에 봤던 내용과 비슷한 문제가 나올 수 있습니다. 또한 마찰을 다루는 방법과 마찰이 충격량에 영향을 주는 이유를 배움으로써 좀 더 현실감을 느낄 수 있을 거예요.
13장 토크와 일
이 장에서는 자신이 갖고 있는 힘보다 훨씬 큰 힘을 발휘할 수 있는 지레를 사용하여 토크를 다루는 방법에 대해 배울 것입니다. 하지만 세상엔 공짜가 없어요. 에너지는 항상 보존되며, 물체를 들어올림으로써 중력 위치에너지를 물체에 제공하기 위해 여러분이 한 일의 양은 변하지 않습니다.
14장 에너지 보존
지금까지 여러분은 운동방정식, 힘, 성분 벡터를 이용해서 문제를 해결해 왔습니다. 아주 잘했어요. 가끔 복잡한 계산을 하느라 시간을 허비한 것을 제외하면 말이죠. 이번 장에서는 복잡하게 보이는 문제를 상대적으로 쉽게 해결할 수 있는 에너지 보존을 사용하는 방법에 대해 배우게 될 것입니다.
15장 장력, 도르래 그리고 문제 해결
지금까지는 힘, 자유물체도표, 에너지 보존을 사용해 문제를 해결했습니다. 이번 장에서는 로프, 도르래, 그리고 장력 등을 사용해서 한 단계 더 나아갈 것입니다. 마찬가지로, 또한, 복잡한 상황을 타개해가는 길을 찾는 데 도움을 주는 친숙한 이정표를 찾는 연습도 하게 될 거예요.
16장 원운동 1
이번 장에서는 원을 해부해서 반지름과 원주가 원주율과 어떤 관계가 있는지를 포함해 원운동에 대한 특강을 할 거예요. 진동수와 주기를 다룬 후에는 선형운동을 각운동으로 변환할 것입니다. 일단 각을 측정하기 위한 라디안 사용법을 배우면 이러한 변환을 쉽게 처리할 수 있을 겁니다.
17장 트랙에서 벗어나지 마세요
원형 경로를 따라 물체를 움직이려고 하는데 구심력이 충분치 않을 경우 정확히 이런 상황이 발생하죠. 이번 장에서는 구심력은 무엇이며 트랙을 벗어나지 않고 움직일 수 있는 방법을 배우게 될 것입니다. 또한 헤드 퍼스트 우주정거장에서 발생한 심각한 문제를 해결하게 될 것입니다. 페이지를 넘기고 시작해 봅시다.
18장 중력과 궤도
하지만, 여러분의 발이 땅을 떠나면 인력은 어떻게 될까요? 이번 장에서는 중력의 역제곱 법칙과 무한대 너머로 여행하기 위해 중력퍼텐셜의 힘을 이용하는 방법을 배울 것입니다. 집에 더 가까이 가기 위해 궤도를 다루는 법도 배워야 할 거예요. 그리고 여러분의 커뮤니케이션 능력을 다듬는 법도 알게 될 거예요.
19장 진동 1
지금까지 여러분은 하늘에서 벌어지는 원운동을 배웠습니다. 물론 땅에서 일어나는 경우도 비슷하죠. 이번 장에서는 사인과 코사인의 정의를 확장하는 방법을 배우고, 삼각법과 원운동을 함께 다룰 것입니다. 일단 학습하고 나면, 원 주위를 도는 그 어떤 것이라도 쉽게 다룰 수 있을 거예요.
20장 진동 2
이 장은 진동에 관한 내용을 다루고 있으며, 여러분이 큰 그림을 볼 수 있도록 도와줄 거예요. 수차례 되풀이할 필요없는 궁극적인"하나의 규칙"을 얻기 위해 용수철과 단순조화운동을 하는 진자를 다룸으로써, 그래프, 방정식, 힘, 에너지 보존 그리고 주기 운동에 관해 알고 있는 모든 사실을 한 곳에 모을 것입니다.
21장 물리학자처럼 생각하기
이 책을 통해 일상생활과 밀접히 관련한 물리학에 대해 배웠으며 더불어 문제 해결 능력을 습득했습니다. 마지막 장에서는 지구 중심을 통과하는 끝없는 구멍으로의 여정에서 마주쳤던 문제들을 파헤치기 위해 새로운 물리학 도구를 사용하게 될 것입니다. 핵심은 다음 질문에 있습니다: " 모르는 것을 알아내기 위해 알고 있는 사실을 어떻게 이용할 수 있을까요?"
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