무게와 질량의 차이점은?
몸무게가 60킬로그램이라면 정확하게 60㎏중이라고 해야 한다. 질량 60㎏을 지구가 당기는 힘을 60㎏중이라고 하기 때문이다. ㎏은 질량의 단위이고, ㎏중은 무게의 단위이다. 질량은 물질 고유의 변하지 않는 양이고 무게는 지구가 당기는 힘이기 때문에 변할 수 있는 양이다. 즉 60㎏중은 약 588뉴턴에 해당되며, 무게가 60㎏중인 사람이 달에 가면 달에서는 만유인력이 지구의 1/6밖에 안 되기 때문에 무게는 1/6로 줄어 98뉴턴이 된다. 물론 목성에 가면 훨씬 더 무거워진다. 심지어 지구 위에서도 장소에 따라 무게가 달라진다. 즉 극지방에 있는 사람이 적도지방에 있는 사람보다 더 무거운데, 첫 번째 이유는 극 방향으로의 지구 반경이 적도 방향으로의 지구 반경보다 더 짧기 때문이다. 만유인력의 법칙은 거리의 제곱에 반비례하므로 거리가 짧을수록 당기는 힘이 더 세다.
두 번째 이유는 지구의 자전 때문이다. 만약 우리가 지구본을 돌리듯 거인이 지구를 점점 빨리 돌린다면, 우산을 받고 가다가 우산을 돌리면 빗방울이 밖으로 튀어나가는 것과 같이 적도지방에 있는 사람부터 지구를 떠날 것이다. 자전 속도가 빨라짐에 따라 지구를 떠나는 사람이 점차 극 쪽으로 옮겨와 마침내 극에까지 이를 것이나, 양쪽 극의 자전축상에 서 있는 사람은 지구가 아무리 빨리 돌아도 지구에서 튀어 나가지 않는다. 이러한 가상의 힘을 원심력이라고 하는데 그 원심력이 적도에서 제일 크게 작용하므로 적도에서는 약간 들뜨려는 경향이 있으며 이러한 효과가 물체의 무게를 작게 만든다.
첫 번째 이유와 두 번째 이유가 상쇄되는 방향으로 작용하는 것이 아니라 보강되는 방향으로 작용하기 때문에 양쪽 극에 있는 사람이 적도에 있는 사람보다 무겁다. 이렇듯 무게는 장소에 따라 얼마든지 변하지만 질량은 물질 고유의 양이기 때문에 달에서나 목성에서나 60㎏으로 변함이 없다. 국제적으로 소고기 장사를 하는 사람은 다른 조건이 같다면 적도에서 고기를 사다가 극지방에 팔면 이익이 될 것이다. 왜냐하면 적도에서 산 고기의 무게가 극지방으로 가면 더 늘어날 것이기 때문이다.
이러한 경우 양팔저울로 고기를 달면 안 된다. 양팔저울은 질량을 다는 저울이기 때문에 적도에서나 극지방에서나 고기의 질량은 같게 측정된다. 왜냐하면 적도에서 양팔저울의 왼쪽에 고기를 놓고 오른쪽에 1㎏짜리 추를 놓아서 평형이 됐다면 극지방에서도 역시 1㎏을 놓아야 평형이 되고 달에 가도 1㎏을 놓아야 평형이 된다. 달이 당기는 힘이 6분의 1로 작지만 똑같은 비율로 추를 당기는 힘도 작아지기 때문에 한번 평형을 이룬 양팔저울은 어디로 가져가도 한쪽으로 기울지 않는다.
한편 용수철 저울은 무게를 재는 저울로서, 용수철은 세게 당길수록 많이 늘어난다는 후크의 법칙을 이용한 것이다. 용수철에 물체를 달았을 때 지구가 당기는 힘이 크면 많이 늘어날 것이고, 당기는 힘이 적으면 적게 늘어날 것이므로 용수철이 늘어난 길이로 무게를 알 수 있다. 적도에서보다 극지방에서 당기는 힘이 크기 때문에 용수철이 많이 늘어나고, 달에서는 지구에서 늘어나는 길이의 6분의 1로 줄어든다.
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