Serway 교수와 Jewett 교수의 《대학물리학(Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics)》 10판의 번역본이 나오게 된 것을 기쁘게 생각한다. 이공계 및 관련 분야 대학생들에게 대학물리학을 뜻 깊게 이해시키는 것이 점점 더 어려워지는 상황에서, 이 교재는 기초적인 물리의 이해를 원하는 학생들이 스스로 학습하는 데도 크게 기여할 것으로 예상된다.

저자 두 분은 대학에서의 경험을 바탕으로 학생과 교수에 적합한 강의용 교재를 꾸준히 수정 보완하면서 10판에 이르게 되었다. 이들 저자는 자연과학, 공학, 의학 관련 분야 대학생들이 물리학을 흥미롭게 배울 수 있는 교재를 다수 개발하여, 이미 물리학 교재 저자 중에서 잘 알려져 있다.

10판의 내용은 이전과 달리 형식과 내용면에서 많은 변화를 가져왔다. 교재의 구성 형식에서 새로이 각 장의 도입부에 주제와 관련된 이미지 사진을 넣어 이로부터 물리적 내용을 접목시키고자 하였다. 또한 장의 도입부에 STORYLINE과 CONNECTIONS의 신선한 코너를 만들었다. STORYLINE에서는 ‘여러분’이 일상생활에서 일어나는 사건을 중심으로 주인공이 되어 이의 궁금증을 풀어가는 내용이며, CONNECTIONS에서는 새로이 공부할 학습 내용의 방향과 연결 짓는 형태이다. 다시 말해서, 우리 주변의 상황을 이야기로 풀어가며 이를 해결하는 과정에 인터넷, YouTube 등을 활용하여 물리에 대하여 친근감을 주고자 하였다. 교재 내 왼쪽 또는 오른쪽 여백에 ‘오류 피하기’를 짤막하게 도입하여, 착각하기 쉬운 개념을 바로 잡아주는 역할을 하고 있다. 연습문제의 형식과 내용도 새로이 하였다.

우선 번호에 색깔을 달리하여 난이도를 바로 알아볼 수 있게 하였고, CR , 등의 아이콘을 붙여 문제의 성격을 파악하기 쉽게 하였다. 연습문제 내용에 있어서는, 이전과 달리 주제 설정을 이야기 식으로 풀어가며 실생활과 연관시키고자 노력하였다.

번역을 하면서 주안점을 둔 부분은 학생의 입장에서 물리를 이해할 수 있도록 문맥의 자연스런 연결을 위하여 노력하였으며, 용어는 고등학교 물리 교과목에서 일반적으로 사용하는 것과 한국물리학회에서 정한 용어집을 기본으로 하였다. 이 교재를 공부하게 될 학생들에게 부탁하고 싶은 말은 일단 본문의 내용을 잘 이해하고, 예제와 연습문제를 반드시 풀어서 개념을 스스로 정립해나가라는 것이다. 이로부터 문제를 푸는 과정 중에 물리 법칙에 대한 이해를 높일 수 있고, 완전한 답에 접근하는 방법을 배울 수 있을 것이다.

PART 1 역학

Chapter 1 물리학과 측정 3

1.1 길이, 질량 그리고 시간의 표준 4

1.2 모형화와 대체 표현 8

1.3 차원 분석 11

1.4 단위의 환산 13

1.5 어림과 크기의 정도 계산 14

1.6 유효 숫자 15

Chapter 2 일차원에서의 운동 21

2.1 입자의 위치, 속도 그리고 속력 22

2.2 순간 속도와 속력 26

2.3 분석 모형: 등속 운동하는 입자 28

2.4 문제 풀이를 위한 분석 모형 접근법 31

2.5 가속도 34

2.6 분석 모형: 등가속도 운동하는 입자 38

2.7 자유 낙하 물체 41

Chapter 3 벡터 49

3.1 좌표계 49

3.2 벡터양과 스칼라양 51

3.3 기본적인 벡터 연산 52

3.4 벡터의 성분과 단위 벡터 56

Chapter 4 이차원에서의 운동 63

4.1 위치, 속도 그리고 가속도 벡터 64

4.2 이차원 등가속도 운동 66

4.3 포물체 운동 69

4.4 분석 모형: 등속 원운동하는 입자 75

4.5 접선 및 지름 가속도 78

4.6 상대 속도와 상대 가속도 80

Chapter 5 운동의 법칙 87

5.1 힘의 개념 88

5.2 뉴턴의 제1법칙과 관성틀 90

5.3 질량 91

5.4 뉴턴의 제2법칙 92

5.5 중력과 무게 95

5.6 뉴턴의 제3법칙 96

5.7 뉴턴의 제2법칙을 이용한 분석 모형 97

5.8 마찰력 105

Chapter 6 원운동과 뉴턴 법칙의 적용 113

6.1 등속 원운동하는 입자 모형의 확장 114

6.2 비등속 원운동 118

6.3 가속틀에서의 운동 120

6.4 저항력을 받는 운동 123

Chapter 7 계의 에너지 133

7.1 계와 환경 134

7.2 일정한 힘이 한 일 134

7.3 두 벡터의 스칼라곱 137

7.4 변하는 힘이 한 일 140

7.5 운동 에너지와 일 - 운동 에너지 정리 145

7.6 계의 퍼텐셜 에너지 148

7.7 보존력과 비보존력 153

7.8 보존력과 퍼텐셜 에너지의 관계 156

7.9 에너지 도표와 계의 평형 157

Chapter 8 에너지 보존 163

8.1 분석 모형: 비고립계 (에너지) 164

8.2 분석 모형: 고립계 (에너지) 167

8.3 운동 마찰이 포함되어 있는 상황 172

8.4 비보존력에 의한 역학적 에너지의 변화 178

8.5 일률 182

Chapter 9 선운동량과 충돌 189

9.1 선운동량 190

9.2 분석 모형: 고립계 (운동량) 192

9.3 분석 모형: 비고립계 (운동량) 195

9.4 일차원 충돌 199

9.5 이차원 충돌 205

9.6 질량 중심 207

9.7 다입자계 210

9.8 변형 가능한 계 213

9.9 로켓의 추진 215

Chapter 10 고정축에 대한 강체의 회전 223

10.1 각위치, 각속도, 각가속도 224

10.2 분석 모형: 각가속도가 일정한 강체 226

10.3 회전 운동과 병진 운동의 물리량 228

10.4 돌림힘 231

10.5 분석 모형: 알짜 돌림힘을 받는 강체 233

10.6 관성 모멘트 계산 238

10.7 회전 운동 에너지 242

10.8 회전 운동에서의 에너지 고찰 244

10.9 강체의 굴림 운동 247

Chapter 11 각운동량 257

11.1 벡터곱과 돌림힘 258

11.2 분석 모형: 비고립계 (각운동량) 260

11.3 회전하는 강체의 각운동량 265

11.4 분석 모형: 고립계 (각운동량) 267

11.5 자이로스코프와 팽이의 운동 271

Chapter 12 정적 평형과 탄성 277

12.1 분석 모형: 평형 상태의 강체 278

12.2 무게 중심 알아보기 279

12.3 정적 평형 상태에 있는 강체의 예 280

12.4 고체의 탄성 284

Chapter 13 만유인력 295

13.1 뉴턴의 만유인력 법칙 296

13.2 자유 낙하 가속도와 중력 298

13.3 분석 모형: 중력장 내의 입자 299

13.4 케플러의 법칙과 행성의 운동 302

13.5 중력 퍼텐셜 에너지 308

13.6 행성과 위성의 운동에서 에너지 관계 310

Chapter 14 유체 역학 321

14.1 압력 322

14.2 깊이에 따른 압력의 변화 323

14.3 압력의 측정 327

14.4 부력과 아르키메데스의 원리 328

14.5 유체 동역학 332

14.6 베르누이 방정식 335

14.7 관에서 점성 유체의 흐름 339

14.8 유체 동역학의 응용 342

PART 2 진동과 역학적 파동

Chapter 15 진동 351

15.1 용수철에 연결된 물체의 운동 352

15.2 분석 모형: 단조화 운동하는 입자 353

15.3 단조화 진동자의 에너지 359

15.4 단조화 운동과 등속 원운동의 비교 362

15.5 진자 365

15.6 감쇠 진동 369

15.7 강제 진동 371

Chapter 16 파동의 운동 377

16.1 파동의 전파 378

16.2 분석 모형: 진행파 381

16.3 줄에서 파동의 속력 386

16.4 줄에서 사인형 파동의 에너지 전달률 388

16.5 선형 파동 방정식 390

16.6 음파 392

16.7 음파의 속력 394

16.8 음파의 세기 397

16.9 도플러 효과 402

Chapter 17 중첩과 정상파 411

17.1 분석 모형: 간섭하는 파동 412

17.2 정상파 416

17.3 경계 효과: 반사와 투과 419

17.4 분석 모형: 경계 조건하의 파동 421

17.5 공명 425

17.6 공기 관에서의 정상파 426

17.7 맥놀이: 시간적 간섭 429

17.8 비사인형 파형 432

PART 3 열역학

Chapter 18 온도 441

18.1 온도와 열역학 제0법칙 442

18.2 온도계와 섭씨 온도 눈금 443

18.3 등적 기체 온도계와 절대 온도 눈금 445

18.4 고체와 액체의 열팽창 447

18.5 이상 기체의 거시적 기술 452

Chapter 19 열역학 제1법칙 459

19.1 열과 내부 에너지 460

19.2 비열과 열량 측정법 463

19.3 숨은열 467

19.4 열역학 과정에서의 일 471

19.5 열역학 제1법칙 473

19.6 열 과정에서 에너지 전달 메커니즘 478

Chapter 20 기체의 운동론 489

20.1 이상 기체의 분자 모형 490

20.2 이상 기체의 몰비열 496

20.3 에너지 등분배 500

20.4 이상 기체의 단열 과정 503

20.5 분자의 속력 분포 505

Chapter 21 열기관, 엔트로피 및 열역학 제2법칙 513

21.1 열기관과 열역학 제2법칙 514

21.2 열펌프와 냉동기 516

21.3 가역 및 비가역 과정 519

21.4 카르노 기관 520

21.5 가솔린 기관과 디젤 기관 525

21.6 엔트로피 528

21.7 열역학 계의 엔트로피 531

21.8 엔트로피와 제2법칙 537

PART 4 전기와 자기

Chapter 22 전기장 545

22.1 전하의 특성 546

22.2 유도에 의하여 대전된 물체 548

22.3 쿨롱의 법칙 550

22.4 분석 모형: 전기장 내의 입자 554

22.5 전기력선 559

22.6 균일한 전기장 내에서 대전 입자의 운동 561

Chapter 23 연속적인 전하 분포와 가우스 법칙 569

23.1 연속적인 전하 분포에 의한 전기장 570

23.2 전기선속 574

23.3 가우스 법칙 577

23.4 다양한 형태의 전하 분포에 대한 가우스 법칙 적용 579

Chapter 24 전위 587

24.1 전위와 전위차 588

24.2 균일한 전기장에서의 전위차 590

24.3 점전하에 의한 전위와 전기적 위치 에너지 593

24.4 전위로부터 전기장의 계산 596

24.5 연속적인 전하 분포에 의한 전위 598

24.6 정전기적 평형 상태의 도체 602

Chapter 25 전기용량과 유전체 611

25.1 전기용량의 정의 612

25.2 전기용량의 계산 613

25.3 축전기의 연결 616

25.4 충전된 축전기에 저장된 에너지 620

25.5 유전체가 있는 축전기 625

25.6 전기장 내에서의 전기 쌍극자 627

25.7 유전체의 원자적 기술 630

Chapter 26 전류와 저항 639

26.1 전류 640

26.2 저항 643

26.3 전기 전도 모형 648

26.4 저항과 온도 650

26.5 초전도체 651

26.6 전력 653

Chapter 27 직류 회로 659

27.1 기전력 660

27.2 저항기의 직렬 및 병렬 연결 662

27.3 키르히호프의 법칙 668

27.4 RC 회로 672

27.5 가정용 배선 및 전기 안전 678

Chapter 28 자기장 685

28.1 분석 모형: 자기장 내의 입자 686

28.2 균일한 자기장 내에서 대전 입자의 운동 691

28.3 자기장 내에서 대전 입자 운동의 응용 695

28.4 전류가 흐르는 도체에 작용하는 자기력 698

28.5 균일한 자기장 내에서 전류 고리가 받는 돌림힘 700

28.6 홀 효과 704

Chapter 29 자기장의 원천 711

29.1 비오-사바르 법칙 712

29.2 두 평행 도체 사이의 자기력 717

29.3 앙페르의 법칙 719

29.4 솔레노이드의 자기장 722

29.5 자기에서의 가우스 법칙 724

29.6 물질 내의 자성 727

Chapter 30 패러데이의 법칙 735

30.1 패러데이의 유도 법칙 736

30.2 운동 기전력 740

30.3 렌츠의 법칙 744

30.4 패러데이 법칙의 일반형 746

30.5 발전기와 전동기 748

30.6 맴돌이 전류 752

Chapter 31 유도 계수 759

31.1 자체 유도와 자체 유도 계수 760

31.2 RL 회로 762

31.3 자기장 내의 에너지 765

31.4 상호 유도 계수 768

31.5 LC 회로의 진동 770

31.6 RLC 회로 773

Chapter 32 교류 회로 781

32.1 교류 전원 782

32.2 교류 회로에서의 저항기 782

32.3 교류 회로에서의 인덕터 786

32.4 교류 회로에서의 축전기 788

32.5 RLC 직렬 회로 791

32.6 교류 회로에서의 전력 794

32.7 직렬 RLC 회로에서의 공명 796

32.8 변압기와 전력 수송 799

Chapter 33 전자기파 805

33.1 변위 전류와 앙페르 법칙의 일반형 806

33.2 맥스웰 방정식과 헤르츠의 발견 808

33.3 평면 전자기파 811

33.4 전자기파가 운반하는 에너지 815

33.5 운동량과 복사압 817

33.6 안테나에서 발생하는 전자기파 819

33.7 전자기파의 스펙트럼 820

PART 5 빛과 광학

Chapter 34 빛의 본질과 광선 광학의 원리 829

34.1 빛의 본질 830

34.2 광선 광학에서의 광선 근사 832

34.3 분석 모형: 반사파 833

34.4 분석 모형: 굴절파 836

34.5 하위헌스의 원리 842

34.6 분산 844

34.7 내부 전반사 846

Chapter 35 상의 형성 855

35.1 평면 거울에 의한 상 856

35.2 구면 거울에 의한 상 858

35.3 굴절에 의한 상 865

35.4 얇은 렌즈에 의한 상 869

35.5 렌즈의 수차 878

35.6 광학 기기 879

Chapter 36 파동 광학 891

36.1 영의 이중 슬릿 실험 892

36.2 분석 모형: 간섭하는 파동 894

36.3 이중 슬릿에 의한 간섭 무늬의 세기 분포 897

36.4 반사에 의한 위상 변화 898

36.5 박막에서의 간섭 900

36.6 마이컬슨 간섭계 903

Chapter 37 회절 무늬와 편광 909

37.1 회절 무늬의 소개 910

37.2 좁은 슬릿에 의한 회절 무늬 911

37.3 단일 슬릿과 원형 구멍의 분해능 915

37.4 회절 격자 919

37.5 결정에 의한 X선의 회절 922

37.6 빛의 편광 924

PART 6 현대 물리학

Chapter 38 상대성 이론 935

38.1 갈릴레이의 상대성 원리 936

38.2 마이컬슨 - 몰리의 실험 939

38.3 아인슈타인의 상대성 원리 942

38.4 특수 상대성 이론의 결과 943

38.5 로렌츠 변환식 955

38.6 로렌츠 속도 변환식 957

38.7 상대론적 선운동량 959

38.8 상대론적 에너지 961

38.9 일반 상대성 이론 965

Chapter 39 양자 물리학 973

39.1 흑체 복사와 플랑크의 가설 974

39.2 광전 효과 981

39.3 콤프턴 효과 987

39.4 전자기파의 본질 990

39.5 입자의 파동적 성질 991

39.6 새 모형: 양자 입자 994

39.7 이중 슬릿 실험 다시 보기 998

39.8 불확정성 원리 999

Chapter 40 양자 역학 1005

40.1 파동 함수 1005

40.2 분석 모형: 경계 조건하의 양자 입자 1010

40.3 슈뢰딩거 방정식 1016

40.4 유한한 높이의 우물에 갇힌 입자 1018

40.5 퍼텐셜 에너지 장벽의 터널링 1020

40.6 터널링의 응용 1022

40.7 단조화 진동자 1023

Chapter 41 원자 물리학 1029

41.1 기체의 원자 스펙트럼 1029

41.2 초창기 원자 모형 1032

41.3 보어의 수소 원자 모형 1033

41.4 수소 원자의 양자 모형 1039

41.5 수소에 대한 파동 함수 1042

41.6 양자수의 물리적 해석 1045

41.7 배타 원리와 주기율표 1052

41.8 원자 스펙트럼: 가시광선과 X선 1057

41.9 자발 전이와 유도 전이 1060

41.10 레이저 1062

Chapter 42 핵물리학 1069

42.1 핵의 성질 1070

42.2 핵의 결합 에너지 1075

42.3 핵 모형 1077

42.4 방사능 1080

42.5 붕괴 과정 1084

42.6 자연 방사능 1095

42.7 핵반응 1095

42.8 생물학적 방사선 손상 1098

42.9 핵으로부터의 방사선 이용 1100

42.10 핵자기 공명과 자기 공명 영상법 1103

부록

A 표 A-1

B 자주 사용되는 수학 A-4

C SI 단위 A-23

D 원소의 주기율표 A-24

E 물리량 그림 표현과 주요 물리 상수 A-26

■ 퀴즈 및 주관식 연습문제 해답 A-31