한 권으로 이해하는 하늘의 과학
시그마북스
시라토리 케이 (지은이), 곽범신 (옮긴이)
2023-06-07
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가깝고도 먼 미지의 공간, 하늘
과학의 눈으로 바라볼 때,
하늘은 더욱 높아지고 넓어진다!
우리가 지상에서 올려다보는 저 하늘은 파란색에서 저녁이면 꼭두서니 빛으로 물들고, 하얀 구름이나 검은 구름이 낮은 곳부터 높은 곳까지 다양한 높이에서 나타난다. 어떤 때는 비를 뿌리고, 강한 바람을 일으킨다. 언제나 우리의 머리 위에 끝없이 펼쳐져 있는 공간, 하늘. 과연 우리는 하늘에 대해 얼마나 알고 있을까?
하늘에 대해 다루는 학문 하면 흔히 대기물리학 또는 기상학을 떠올리곤 한다. 우리 생활과 밀접하게 연결되어 있는 기술로는 일기예보를 들 수 있다. 기상청에서는 지금 이 순간에도 시시각각 바뀌는 하늘의 상태를 체계적으로 관측하여 기상이 어떻게 변해갈지를 예상하고 있다.
이러한 날씨의 변화를 단지 지상에서만 관측할 수 있는 것은 아니다. 지구의 표면에는 공기가 존재하는데, 이를 대기권이라고 한다. 우리 인간을 비롯한 생명체가 살아갈 수 있는 것은 대기권 덕분이다. 대기권은 대류권, 성층권, 중간권, 열권이라는 네 가지 층으로 나뉘는데, 지상으로부터 고도 10~16km 정도까지가 대류권에 해당한다. 구름과 비, 안개와 눈, 바람과 낙뢰 등 다양한 날씨의 변화는 바로 이 대류권에서 나타난다고 볼 수 있다.
상공을 가로질러 유유히 나는 비행기를 올려다보며 누구나 한 번쯤은 이런 생각을 해보았으리라. 길이는 60m, 무게는 200톤에 달하는 거대한 비행기가 단지 날개가 있다는 이유만으로 어떻게 하늘을 자유롭게 비행할 수 있는 것일까? 과학기술 분야에서 저술 활동을 펼치고 있는 사이언스라이터이자 소형 비행기 조종사 자격증을 지닌 저자는, 비행기가 나는 원리는 공기의 과학적 측면에 숨어 있다고 설명한다. 강한 바람이 불 때 스케치북을 평평하게 세워서 들면 앞으로 걸어가기 어려워지고, 살짝 비스듬하게 눕히면 스케치북이 위나 아래쪽으로 마구 펄럭인다. 이때 생겨나는 힘을 동압이라고 하는데, 비행기 역시 이러한 동압을 잘 이용하여 하늘을 날 수 있는 것이다. 비행기는 이 외에도 날개의 모양, 날개에 작용하는 와류 등 여러 과학적 원리가 정밀하게 적용된 결과물이다.
비행기를 타고 하늘을 난다는 것은 바람, 구름, 비와 같은 기상의 변화를 몸소 느끼는 체험이기도 하다. 하늘의 과학 원리를 한 권에 담은 이 책을 통해 대기의 기본과 다양한 기상 현상의 원리, 그리고 비행기에 얽힌 자세한 과학 이야기를 쉽고 재미있게 만나보자. 그리고 책을 덮은 후 하늘을 다시금 올려다보자. 예전과는 다른 공간이 눈앞에 펼쳐질 것이다.
과학기술 분야에서 저술 활동을 펼치고 있는 사이언스라이터. 하늘을 날 수 있는 조종사 자격증을 갖추고 있다. 좋아하는 기체는 세스나 172기. 세스나 172기는 비행기의 기본이라 할 수 있는 기체다. 세스나를 알면 비행기의 기본을 모두 알 수 있다 해도 과언이 아니다. 조종간은 공기의 힘을 직접적으로 받으며 작은 기체는 바람이 강하면 나뭇잎처럼 흔들린다. 소형기를 타고 하늘을 난다는 것은 바람·구름·비와 같은 기상의 변화를 몸소 느끼는 체험이기도 하다.
주요 저서로는 『그림으로 이해하는 항공역학』(니혼지쓰교출판사), 『비행기 이해하기』(기주쓰효론샤), 『비행기 잡학사전』(니혼지쓰교출판사), 『무인병기』(가와데쇼보신샤), 『날씨와 기상』(각켄) 등이 있다.
시작하며
제1장 대기의 기본
01 대기의 기본 정보
02 대기권 근방의 전리권·자기권·방사선대
03 날씨의 변화는 어디에서 일어나는가?
04 초고층 대기의 물리
제2장 대기의 기본적인 성질
05 굴뚝이 높은 이유
06 고원이 서늘한 이유
07 공기의 점성이란
08 유체역학이란
09 유체에 작용하는 힘과 단위
제3장 공기의 역학
10 비행기는 공기가 없으면 날지 못한다?
11 흐름의 박리
12 층류와 난류
13 골프공의 비밀
14 양력은 소용돌이에서
15 공기의 힘으로 활공
16 새의 비행으로부터 배운 것
제4장 바람
17 바람은 어디에서 불어오는가
18 바람에는 어떤 종류가 있을까?
19 어째서 바람은 다양한 방향에서 불어오는 걸까
20 솔개가 활공할 수 있는 이유는?
21 상공의 바람은 강하다
22 비행기와 바람
23 계절의 변화를 나타내는 바람
제5장 기압
24 기압이란 무엇인가?
25 저기압의 종류
26 고기압의 종류
27 전선은 난기류의 소굴
28 비행기의 고도는 기압고도
29 비행기의 속도는 기압으로 알 수 있다
제6장 온도
30 대기는 항상 변화한다
31 공기가 지닌 에너지
32 푄 현상에 따른 온도 상승
33 기온과 비행기
제7장 구름과 비
34 다양한 형태의 구름
35 구름은 어떻게 생겨날까
36 가장 역동적이며 매력적인 적란운
37 뇌운과 낙뢰
38 비의 종류
39 운량의 단위와 기호
제8장 소용돌이와 난기류
40 난기류가 생겨나는 이유
41 인공적인 난기류
42 대류성 난기류
43 역학적 난기류
44 난기류를 관측하는 기술
45 난기류를 이용하는 비행기의 원리
제9장 안개·눈·얼음
46 안개가 생겨나는 이유
47 항공 기상에서 안개의 분류
48 다양한 시정장애 현상
49 시정장애에 대처하기 위한 항공기의 비행 원칙
50 계기 비행 방식이란
51 눈과 얼음·강설
52 비행기에 얼음이 부착되는 높이
53 착빙에 대처하는 방법
제10장 비행기와 항공역학과 기상에 관한 이모저모
54 급강하의 항공기역학
55 수평선이 보이지 않는다!
56 기상정보를 입수하는 방법
57 횡풍과 슬립
58 바람에 따른 영향을 수정하며 비행
59 최종 진입부터 접지까지
60 네 가지 프로펠러 효과
61 하늘을 나는 자동차
참고문헌