{用語}밀도,비중(겉보기.참),비중량,질량,중량(무게),중력,만유인력,비체적

[김재훈]

{用語}밀도,비중(겉보기.참),비중량,질량,중량(무게),중력,만유인력,비체적

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♣밀도(密度,density,d'):단위 부피(체적,volume,v)당의  물체의 질량(mass,m)이다.즉  d'=m/v ,v=m/d'[단위는 g/cm³, ㎏/m³ 등을를 사용한다.] 흔히 비중이라고도 하지만 엄밀한 의미에서 비중은 같은 부피의 물보다 몇 배가 무거운가를 의미하므로 단위가 없다. 동의어 비중

*4℃,1기압에서 물의 밀도는 1g/cm³=1㎏/L=1,000kg/m³이다.

* 건조한 공기의 밀도는 표준상태(0℃, 1기압)에서 1.29g/L이다.

* 액체수은의 밀도는 13.6㎏/L이므로 비중은 13.6이다.

*금의  밀도는 19.3g/cm³이다.

♣비중(比重,specific gravity,sg):표준이 되는 어떤 물질과 같은 부피일 때 질량의 비. 표준물질로는 1기압 4℃의 물과 1기압 0℃의 공기를 사용한다.

즉 비중(sg)=4℃의 물의 질량에 대한 동일한 체적의 물체에 대한 질량비

               =밀도/4℃ 일때의 물의 밀도[참고:밀도(d')=m(질량)/v(단위체적)]

*물의 밀도는 4℃에서 1㎏/L이다, 4℃의 물을 잡아 이의 비중을 1로 한다.

*금속 중 가장 무거운 금은 밀도가 19.3g/cm³이다. 4℃, 1기압에서 물의 밀도는 1g/cm³이기 때문에 금의 비중은 19.3이다.[∵금속의 비중(sg)=금의 밀도/4℃의 물의 밀도 =(19.3g/cm³)/(1g/cm³)=19.3(단위 없다,무차원)]*상대밀도라고도 함.표준물질에 대한 어떤 물질의 밀도의 비(어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율이다).

*표준이 되는 어떤 물질과 같은 부피일 때 질량의 비.표준물질로서는 고체 및 액체의 경우에는 보통 1기압(atm), 4℃의 물을 취하고(물의 밀도는 4℃에서 1.000㎏/ℓ이다, 4℃의 물을 잡아 이의 비중을 1로 한다.일반적으로 고체 및 액체의 비중은 같은 부피를 갖는 물에 대한 무게 비를 말하는데 그 표시방법이 여러 가지 이지만, 가장 많이 쓰이는 것은 4℃에서의 물의 비중을 1로 표시하는 것이다. ), 기체의 경우에는 0℃, 1기압(atm) 하에서의 공기를 취한다.[기체는 보통 건조한 공기와 비교하는데, 건조한 공기의 밀도는 표준상태(0℃, 1기압)에서 1.29g/ℓ이다. 예를 들어 액체수은의 밀도는 13.6㎏/ℓ이므로 비중은 13.6이다. 밀도가 표준상태에서 1.976g/ℓ인 이산화탄소 기체의 비중은 1.53이다.],또한 구리의 비중은 4℃의 물과 같은 부피를 가진 구리의 무게를 비교한 것이다.비중은 같은 단위를 가진 두 양의 비율이므로 단위가 없다(무차원수,無次元數)이다. 고체·액체에 대해서는 그 값이 소수점 이하 5자리까지 밀도와 일치한다. 따라서 비중과 밀도는 그 값이 같다고 생각해도 무방하다(대부분의 경우 밀도와 같은 개념으로 생각해도 무방하다. ).  부력과 비중은 깊은 관련이 있다. 어떤 물질의 비중이 유체보다 작으면 그 물질은 유체 위에 떠 있을 것이다. 헬륨을 가득 채운 기구는 하늘을 날아다니고 기름은 물 위에 유막(油膜)을 형성하며, 납은 수은 위에 떠 있게 된다. 물질의 비중은 그 물질의 특성이다.비중은 기체의 경우 온도와 압력에 따라 달라진다.

♣ 겉보기 비중(apparent specific gravity , -比重 ):입자의 집합체나 다공질 물질 등에 있어서 내부의 공극까지 포함시킨 체적당의 비중을 말한다. 따라서 그 값은 공극률이 클수록 참비중보다 작다. 예를 들어 고체 시료의 무게를 W₁, 수중에서의 무게를 W₂라고 하면 겉보기 비중=W₁/(W₁-W₂)로 표시된다. 

♣ 참비중(true specific gravity , -比重 ):겉보기 비중과 구별할 때 사용되는 용어로, 물질의 참용적에 대한 비중을 말한다. 공극률의 어떤 분진, 여재, 석탄 등 알갱이 덩어리의 비중을 나타낼 경우, 공극과 세극(細隙)이 없는 알갱이 덩어리인 고체일 때의 비중을 나타내는 것이다. 출처: 환경공학용어사전

♣비중량(比重量,specific weight,sw) :물질/물체(고체ㆍ액체ㆍ기체)의 단위체적(v)당의 중량(w)으로, [단위는 gf/cm³(=gf/cc), ㎏f/m³, kgf/L등을 사용한다.] sw=w/v=(mg)/v=(m/v)×g=d'×g=밀도×중력가속도

     ∴밀도(d')=비중량(sw)×중력가속도(g)

 ▶물의 비중량 :

1기압, 4℃일 때의 비중량(s.w)  

≒1000kgf/m³=1000kgf/1000 L=1kgf/L=1000gf/1000cm³ =1gf/1cm³ 

=1kgf/(1/1,000m³) =1kgf/(m³/1,000)=1kgf×(1,000/m³)=1,000kgf/m³

▶공기의 비중량 :

0℃ 760mmHg 의 건조한 공기의 비중량 =1.29kgf/m³ 

=1.29×1,000gf/.1,000L=1.29×1gf/L     =1.29 gf/L

* 1톤(ton)=1000kgf≒1m³=1000L

*1L=1,000 ml=1,000cm³=1/1,000 m³ ∴1m³=1,000L,1L=1/1,000m³

* 1㎏=1,000g=1,000×1,000㎎ = 1,000,000㎎ [1g=1,000㎎]

♠1cc(cubic centimeter)

=1cm³=가로1 cm × 세로 1cm× 높이 1cm   =1ml

1L(Liter, Litre)

=1000cm³=가로10 cm × 세로 10cm× 높이 10cm   

*1L=1,000 ml=1,000cm³=1/1,000 m³ 

∴1cm³=1cc(cubic centimeter)=1ml=1/1,000 L

   1m³=1000 L,    1L=1/1000m³

♣질량(質量, mass):물체를 이루고 있는 물질의 고유한 양이다. 이 값은 장소가 달라져도 변하지 않는다. 질량의 단위로는 그램(g), 킬로그램(㎏), 밀리그램(㎎)이 있으며,이들의 관계는 다음과 같다.1㎏=1,000g=1,000,000㎎

질량에 중력이 가해지면 무게(重量weight)가 된다.즉 질량은 지구에서의 중력의 가속도가 작용하는 곳의 무게로서,힘=질량×가속도와 같다. 

 ▶질량(mass)은 '물질의 양'이다.우주(宇宙,모든 천체를 포함하는 전 공간)상에 있는 모든 질량이 있는 물체(사람,동물,사물..)는 서로를 잡아 당긴다.다만 그것들은 질량이 너무 작아서 느끼지 못할뿐이다.이것이 바로 '만유인력(萬有引力,gravitation)의 법칙'이라는 것이다.우리가 지구상에서 무게를 느끼는 것도 우리와 지구가 서로 잡아  당기기 때문이다.(사실은 우리 몸에 비해 지구의 질량이 너무 커서 우리 몸이 잡아 당기는 것은 무시되지만) 

한편 지구의 중력은 9.8m/sec² 이다.그리고 달의 질량이 지구의 1/6이므로 ,달의 중력이 지구의 1/6되는 것이다.따라서 같은 물체라도 중력 차이에 따라 무게가 달라지므로 지구에서의 무게와 달에서의 무게는 다르다.그러나 질량은 같다.

▶질량(質量,mass):물체의 질량이란 물체가 힘을 받아 얻는 가속도와 관련된 특성이다. 질량의 정의로 이보다 더 나은 것은 없다.즉  질량은 지구에서의 중력의 가속도가 작용하는 곳의 무게로서,힘=질량×가속도 와 같다. 야구공과 볼링 공을 던질 때 가속도의 차이에서 두 공의 질량이 다른 것을 느낄 수 있다. 즉, 가속이 잘 되지 않는 공이 질량이 큰 공이다. 이런 질량을 관성 질량이라고 한다. 질량을 측정하는 또 다른 방법은 무게를 측정해 보는 것이다. 무게는 질량에 비례하므로 질량이 클수록 무게가 크다. 이때의 질량을 중력 질량이라고 한다.

♣무게(중량,重量weight):질량을 가진 물체가 만유인력 때문에 지구의 중심으로 끌리는 힘의 크기. 즉 중력의 크기를 중량 또는 무게라 한다.

[참고:w=mg=m×g(w:무게,m:질량,g=중력가속도=9.8m/sec²]

중량의 단위로는 그램힘/중(gf),킬로그램힘/중(kgf)을 사용한다.

1gf는 4℃의 물 1cm ³ 의 무게이고,1kgf는 4℃의 물 1L의 무게이다.

중량의 단위에는 다음과 같은 관계가 있다.

                         1톤(ton)=1000kgf≒1m³, 1관=3.75 kgf,

                            1 kgf =2.2 lbf          , 1근=600 gf

▶무게(weight):질량을 가진 두 물체가 서로 당기는 힘(중력가속도)에 의해 결정되는 것이다.즉 중력의 크기를 중량 또는 무게 라 한다.우리가 흔히 무게를 잴 때 말하는 kg은 엄밀히 말해 여기 지구에서의 중력 가속도 값(g=9.8m/sec² )이 포함된 'kg힘/중'이라는 단위를 써야한다.

중량의 단위로는 그램힘/중(gf),킬로그램힘/중(kgf)을 사용한다.

▶무게(weight,지구가 당기는 힘이기 때문에 변할 수 있는 양)를 나타내는 단위로는 보통 질량(mass,물질 고유의 변하지 않은 양)을 나타내는 단위인 g, kg[질량의 단위]등을 많이 사용하고 있지만 정확하게는 힘의 단위인 다인(dyn=g·cm/sec² ),g중(重,gf=gram-force, 1g의 질량을 가진 물체에 작용하는 중력),또는kg중(重),kgf=kilogram-force,1kg의 질량을 가진 물체에 작용하는 중력)[무게의 단위]을 사용해야 한다.

▶[힘(F)=w(무게)=m(질량)× g (중력 가속도)=mg ,w=무게,m=질량,g=중력가속도=9.8m/sec² ∴w=1g중=1 gf=m×g=0.0098×N(뉴턴)]

따라서 몸무게를 말할 때는 60kg이 아닌, '60kg힘/중(重,kgf=kilogram-force,)'이라고 하는 것이 정확한 표현이다.질량 60kg을 지구가 당기는 힘을 60kg힘/중[(重)=kgf=kg-force]이라고 하기 때문이다.

60kg중=60 kgf=60×9.8×N=588N(뉴턴)이며,60kg인 사람이 달에 가면 달에서만유인력이 지구의 1/6밖에 안되기 때문에 문게는 1/6로 줄어(588N/6=98N)98뉴턴이 된다.

▶6kg의 사과는 지구에서의 무게는  정확히 6kg중이나 달에서의 무게는 (6kg×1/6=)1kg중이다.그러나 지구와 달에서 질량은 모두 6kg이다. 한편 만약우리가 지구가 아닌 달에 살고 있었다면 사과의 질량은 1kg이었을 테고,지구에서도 역시 1kg이 되갰지만 ,반면 저 사과의 무게는 달에서는 1kg중이고 지구에서는  6kg중이 된다.

▶1kg=1000g, 1N(뉴턴)=1kg×m/sec²,1kg중=1kg-force=1kgf=9.8kg×m/sec²

   1kg중(重)=1kgf=1kg-force=1000g중(重)=1000gf=1000 gram-force

   1kg중(w=무게)=1kgf=1kgf

                             =1kg(m=질량)×g(중력가속도=9.8m/sec²) 

                             =1kg×9.8m/sec² 

                             =9.8 kg× m/sec²)=9.8×N(뉴턴)

∴1g중(w=무게)=1 gf=1/1000 kgf

                          =1/1000×1kg(m=질량)×g(중력가속도=9.8m/sec²)

                          =1/1000×1kg×9.8m/sec²)

                          =1/1000×9.8 kg× m/sec²)=1/1000×9.8 N(뉴턴)

                          =0.0098×N(뉴턴)

♣무게(weight)와 질량(mass)의 비교:흔히 일상 생활에서는 물체의 질량(質量)과 무게를 혼동해서 사용하기 쉬운데,질량은 어느 위치에 측정하든지 변하지 않는 양이지만, 무게는 질량과 달리 그 물체의 고유한 크기를 나타내는 양이 아니어서 위치에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 같은 물체를 지구상에 두었을 때와 달에 두었을 때를 비교해 보면, 물체의 질량은 변함이 없지만 달의 중력가속도는 지구의 약 1/6이므로, 달에서의 무게는 지구에 있을 때 무게의 약 1/6밖에 안 된다. 그러므로 같은 물체라도 중력 차이에 따라 무게가 달라진다. 따라서 지구상에서도 같은 물체라도 적도에 있는 물체는 가볍고, 극(極)으로 갈수록 무거워진다. 출처:두산백과

♣중력(重力, gravity):지표 부근에 있는 물체를 지구의 중심 방향으로 끌어당기는 힘.즉 지구가 물체를 끌어들이는 힘을 인력 또는 중력이라고 한다.

 유의어 만유인력 (萬有引力) , 우주 인력 (宇宙引力)

우주에는 중력이 없다.

물건이 위에서 아래로 떨어지는 것은 중력이 작용하기 때문이다.

▶중력(重力):지표 부근에 있는 물체를 지구의 중심 방향으로 끌어당기는 힘.

즉 지구가 물체를 끌어들이는 힘을 인력 또는 중력 이라 한다.  그 대부분은 지구와 물체 사이에 작용하는 만유인력인데, 정확히는 만유인력과 지구 자전에 따르는 원심력이 더해져 함께 작용한다. 중력의 크기는 물체의 질량에 비례하며 질량 1g의 물체에는 대체로 980dyn의 중력이, xg의 물체에는 980dyn의 x배의 중력이 미친다. 보통 물체의 무게라고 하는 것은 이 힘을 가리킨다.
중력의 크기는 물체의 질량에 비례하므로 중력의 작용만 받아 높은 곳에서 떨어지는 물체에는 질량의 크기와 관계없이 일정한 가속도(g≒ 980㎝/sec²≒9.8m /sec²)가 가해지며, 그 결과 모든 물체는 질량과 관계없이 같은 높이를 같은 시간에 낙하한다. 지구가 물체를 잡아당기는 힘이다. 1㎏의 물체에 작용하는 지구 중력의 크기를 1kgf(1kg중)로 나타내며 대략 9.8N에 해당한다.

Ex.부피=10cm³,무게(w)= 12g인 액체의 비중량, 밀도,비중를 구하면?

▶v(부피,체적) =10cm³

   w(무게) =12 gf(gram-force,그램重)

   m(질량)= 12g(gram)

∴ ☞밀도(d') =m/v=12g/10 cm³     =1.2 g/cm³

   ☞ 비중량(sw)=w/v=12 gf/10cm³ =1.2gf/cm³

   ☞비중(S) = 밀도/물의밀도 = 1.2 g/cm³ / 1g/cm³ = 1.2 

      (4℃,1기압에서 물의 밀도는 1g/cm³=1㎏/L=1,000kg/m³이다.)

♣ 만유인력(萬有引力,gravitation):  질량을 갖는 모든 물체 사이에 작용하는 인력(引力). 뉴턴(Isaac Newton-영국의 물리학자이자 수학자로, 역학의 체계를 확립한 근대 과학의 시조이다.)의 이론에 따르면 두 물체 사이에 작용하는 만유인력의 크기는 물체의 질량에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.

▶만유(萬有,universe):우주에 존재하는 모든 것.  

유의어 군유 (群有),만군(萬軍), 만물(萬物),만상 (萬象)

▶인력[引力,[끄는 힘] (an) attractive force; (물체간의) attraction; (원자간의) affinity; (우주·천체의) gravitation; (자기(磁氣)의) magnetism]:물리적, 공간적으로 떨어져 있는 물체가 서로를 끌어당기는 힘.

다른 종류의 전기 사이에는 인력이 작용하고 같은 종류의 전기 사이에는 척력이 작용한다. 참고어 척력 (斥力)

 ▶척력(斥力,repulsion; repulsive force):같은 종류의 전기나 자기를 가진 두 물체가 서로 밀어내는 힘. 자석의 같은 극 사이에서는 척력이 작용한다.

♣비체적(specific volume,sv):질량(m)당의 체적(부피,v)을 말한다.

                                      [단위는 m³/kg 등 이다.]

   sv=v/m=(m/d')/m=(m/d')×m=m/d'×1/m=1/d'(밀도의 역수)

Ex.밀도 d'=1000kg/m³ 인 물질의 비체적은? 

     ☞ sv=v/m =1/1000 m³/kg=0.001m³/kg