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무게
무게(Weight) 또는 중량(重量)은 지구가 지구상의 물체에 가하는 중력의 정도이다.
질량과 혼동하기 쉬운 개념으로 질량을 기본적 물리량으로 볼 때는 질량에 중력가속도가 곱해진 양만큼으로 정의되며 단위는 kgf(kilogram-force, 킬로그램중), N(newton, 뉴턴), lbf(pound-force, 파운드중), dyne(다인) 등이 있다.
질량은 일반적으로 어느 곳에서나 동일한 양인 반면 무게는 측정 장소의 영향을 받는다. 이를테면 달에서는 지구에서 측정되는 무게에 비해 그 값이 1/6에 달하며, 같은 지구상이라고 해도 위도에 따라 그리고 지각의 조성에 따라 그 값이 달라진다.
개요[편집]
질량이 있는 물체가 받는 중력의 크기를 무게(중량)라 한다. 즉, 질량이 있는 물체가 지구(또는 기타 천체)의 중력, 혹은 관성력으로 인해 지표면(지구 중심)을 향해 끌어당겨지는 힘을 우리가 부르는 이름이 무게다. 단위는 kg이 아니라 N, 혹은 일상적으로는 kgf(킬로그램중, 킬로그램힘)를 사용한다.
질량은 질량이 없는 입자(광자와 글루온)를 제외한 모든 물질이 갖는 고유한 성질이며, 오로지 해당 물질을 구성하는 원자들의 원자량, 나아가 구성 분자의 분자량의 합에만 좌우되고 절대 변하지 않는다.
반면 무게는 질량에 중력이 작용함으로써 발생하는 힘이므로, 중력의 변화에 따라 변화한다. 예를 들어 지구에서 체중이 60 킬로그램중(kgf)인 사람은 중력이 지구 중력의 1/6인 달에 가면 체중이 10 킬로그램중으로 줄어든다. 그러나 그 사람의 질량은 60 킬로그램(kg)으로 그대로 유지된다.
심지어 지구 표면에서도 무게는 달라질 수 있다. 지구의 중력이 지표면 모든 곳에서 동일하지는 않기 때문이다. 적도에서는 극 지방보다 중력이 미세하게 약하고, 따라서 적도에서 물체는 가벼워진다.
질량과 무게가 서로 다른 개념인데 어떻게 동일한 단위(킬로그램)를 사용할 수 있는지 궁금할 것이다. 사실 물리학에서 무게의 단위는 킬로그램이 아니라 kg·m/s²이며, 질량의 단위인 킬로그램과는 차원부터 다르다. 무게의 단위를 보면 질량인 킬로그램(kg)에 중력가속도(m/s²)가 작용하는 것이 무게임을 알 수 있다.
하지만 무게와 질량은 일반적으로 정비례하고, 지표면상에서는 사람이 체감할 정도로 중력이 바뀌는 일이 없기 때문에 일상적으로는 kgf에서 f를 생략하고 그냥 질량의 단위를 그대로 무게 단위로 쓴다.
같은 중력이 적용되는 환경에서 같은 무게를 지닌 물건을 들 경우 물건의 크기와 면적에 따라 상대적으로 더 무겁다/더 가볍다고 느껴지는 경우가 있다. 이외에 무게중심도 실제 무게와 달리 사람이 뭔가를 들 때 체감되는 무게에 영향을 미칠 수 있다.
기준[편집]
모든 물질에는 무게가 있다. 무게를 재려면 용수철 저울이나 양팔 저울을 이용하면 된다. 용수철 저울로 잴 때는 그 물질에 작용하는 지구의 중력을 재는 것이므로 중량이라고 한다. 중량은 중력이 변화하면 달라지므로 지구상에서는 적도 부근에서 쟀을 때와 북극에서 쟀을 때는 같은 물질이라도 중량이 달라진다. 또, 지구상에서 쟀을 때와 달에서 쟀을 때는 달의 중력이 작으므로 훨씬 가벼워진다(약 1/6). 양팔 저울로 잴 때는 그 물질과 추를 평형이 되게 하고, 평형이 되었을 때의 추의 무게로 그 물질의 무게를 나타낸다. 이 경우는 물질과 추에 똑같은 크기의 중력이 작용하여 서로 상쇄되므로, 지구상에서는 물론이고 달에서도 같은 무게를 나타내게 된다. 이와 같은 양을 질량이라고 한다. 학문적으로는 흔히 질량이 사용된다. 질량을 사용하면 어떤 곳에서 한 실험이라도 정량적으로 똑같은 결과가 되기 때문이다. 따라서, 화학에서는 용수철 저울이 아니라 반드시 양팔저울을 사용한다. 무게의 단위는 여러 가지가 있지만, 전세계에서 공통으로 사용하는 질량의 단위는 킬로그램(kg)이다. 이것은 국제 킬로그램 원기(原器)의 질량을 I㎏으로 정한 것이다. 처음에는 4℃의 물 1ι의 질량을 기준으로 해서 원기를 만들었으나, 현재는 이 물의 질량을 정밀하게 결정하기가 어렵다는 것을 알았기 때문에 원기를 기준으로 삼고 있다.
단위[편집]
킬로그램힘(kgf)은 옛날에 사용하던 무게 단위로 이제는 SI 단위계에서 사용하지 않는다. 그러나 지구상에서 사용하기에는 가장 편리한 무게 단위이기 때문에(1킬로그램의 질량을 갖는 물체는 지구상에서 대략 1킬로그램힘의 무게를 갖는다) 현재도 널리 사용된다. Kgf 단위로 표기된 무게를 뉴턴 단위로 환산하려면 9.807로 나누면 근사값이 나온다는 정도만 알아두자.
미국의 경우 파운드를 무게 단위로 사용한다. 미국에서는 파운드를 힘의 단위로도 사용하는데, 무게=힘이므로 계산에 아무 문제가 없다. 특히 로켓의 추진력은 대개 파운드 단위로 나타낸다. 1파운드 = 4.45뉴턴이다.
일상 생활에서는 질량의 단위인 밀리그램, 그램, 킬로그램, 톤(t), 킬로톤, 그레인(gr), 온스(oz),파운드(lb), 돈, 냥, 근, 관 등을 흔히 무게 단위로 이용한다. 엄밀히 말하면 틀린 것이지만, 지표면에서는 질량과 중량을 똑같이 취급해도 문제가 없을 뿐더러 일반인들에겐 이미 이렇게 굳어졌기에 바로잡기도 어렵다.
지구와 다른 천체와의 상대적 무게 비교[편집]
천체 중력 배율 표면 중력 m/s² 태양 27.90 274.1 수성 0.3770 3.703 금성 0.9032 8.872 지구 1 (정의상) 9.8226 달 0.1655 1.625 화성 0.3895 3.728 목성 2.640 25.93 토성 1.139 11.19 천왕성 0.917 9.1 해왕성 1.148 11.28
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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