전력의 단위 [W] 의 의미
⑴ 전력의 단위로는 [W]를 사용한다.
Watt 라고 하는 것은 사람 이름이지 전력의 물리적인 단위가 아니다.
전력의 물리적 단위는 1[W]=1[J/s] 이다.
즉 1초 동안에 1 Joule 의 에너지가 발전되거나 소비되는 것을 1[W]라고 정의한 것이다.
⑵ 1[J]을 열에너지로 환산하면 0.24 [cal] 이다.
즉 1[W]=0.239 [cal/s] 가 된다. 1[cal]는 순수한 물 1 [cm3] 또는 1 [m] 의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열량이다.
1[kW]=1[kJ/s] 이고, 1[kWh]는 1[kW]의 전력이 1시간(3600초) 동안 소비된 것을 말하므로
1[kWh]= 1[kJ/s×3600s]=0.239 [kcal/s×3600s]=860 [kcal] 가 된다.
⑶ 우선 1[J] = 1[N·m] 이다.
즉 1[J]이란 1[N]의 힘으로 어떤 물체를 1[m]만큼 밀고 갔을 때 행해진 일의 양이다. 그럼 1[N]이란 얼마만큼의 힘인가?
이 개념이 좀 복잡하지만 차분히 생각해 보면 간단하다.
⑷ 1[N] = 1 [kg·m/s2] 이다.
여기서 [m/s2]은 가속도의 단위이다. 가속도란 직선 운동하는 물체의 속도가 얼마나 빨라졌는가 하는 정도를 말한다.
예를들어 10 [m/s] 로 운동하는 물체를 뒤에서 5초 동안 밀었더니 물체의 속도가 20 [m/s] 가 되었다고 하면
이때의 가속도는 5 [s] 동안에 10 [m/s] 만큼 속도가 빨라졌으니까 매초 ]/[2][5]/[102smssm=씩 속도가 늘어난 것이다.
즉 5초 동안 매초 2[m/s2] 씩의 가속도가 발생한 것이다.
⑸ 즉, 1[N] = 1 [kg·m/s2] 이라고 하는 것은
마찰이 전혀 없는 공간에서 1 [kg]의 물체에 힘을 가해서 그 물체의 속도가 1초 동안에 1[m/s]에서 2[m/s] 로 증가하게 하거나,
10[m/s]에서 11[m/s]로 1[m/s]만큼 빨라지게 하는 크기의 힘이다.
다시 말해서 1[kg]의 물체에 1[m/s2] 만큼의 가속도가 생기게 하는 힘의 크기가 1[N] 이다.
⑹ 그럼 1 [kg·f] = 9.8 [N] 이라는 것은 어디서 나온 것인가?
인류역사상 가장 위대한 물리학자인 Isaac Newton 이 만유인력의 법칙을 발견하고 중력가속도,
즉 중력이 물체를 가속시키는 크기는 9.8 [m/s2] 이라는 것을 발견했다.
즉, 지구상에 있는 모든 물체는 이 중력가속도에 의해서 지구 중심을 향해 9.8m/s2 의 가속력을 받고 있다.
어떤 사람의 체중이 70kg 이라고 하는 것도 이 중력가속도에 의한 것이다.
이는 진공상태에서 (공기가 있으면 공기저항이 있어서 낙하속도가 느려지므로 진공을 가정했다)
어떤 물체를 자유낙하 시키면 그 물체의 속도가 1초 동안에 9.8 [m]씩 증가한다는 말이다.
이때 낙하속도의 증가는 그 물체의 비중이나 크기에 관계없이 동일하다.
이 말은 진공 중에서 큰 납 덩어리를 떨어뜨리거나 작은 솜 뭉치를 떨어뜨리거나 낙하속도가 같다는 말이다.
다시 말해서 t=0 의 순간에 떨어뜨리면 t=1초에 그 속도는 9.8[m/s] 가 되고
, t=2[s] 에 그 물체의 속도는 2×9.8=19.6 [m/s] 가 된다는 말이다.
⑺ 1[kg]의 물체를 낙하시킨 후 1초 후에 이 물체가 가지고 있는 힘의 크기는 얼마인가?
1[kg]의 물체에 9.8 [m/s2]의 가속도가 생겼으니까 1[kg]×9.8 [m/s2] = 9.8 [kg·m/s2] 의 힘이 생긴 것이다.
그래서 무게의 단위인 [kg]을 힘의 단위로 사용할 때 1 [kg·f] = 9.8 [kg·m/s2] 이 된 것이다.
(여기서 f 는 Force 의 약어이다.) 1 [kg·f] 는 우리말로는 1 [kg∙중] 이라고 읽는다.
결국 1 [kg·f] = 9.8 [kg·m/s2] = 9.8 [N] 이 된다.
⑻ 아인스타인의 공식 E=mc2 의 단위는 무엇인가?
m은 질량이니까 [kg] 이고 c 는 광속이니까 [m/s]2 = [m2/s2] 이므로 mc2의 단위는
kg·m2/s2 = [kg·m/s2]∙[m] = [N·m] = [J] 이 된다