Ⅱ. 여러가지 힘 - 2. 무게와 질량

---

2. 무게와 질량

---

1) 무게

(1) 무게의 정의

우리는 물건을 들 때, "무겁다.", "가볍다."라는 표현을 사용합니다.

왜 어떤 것은 무겁고, 어떤 것은 가벼운 걸까요?

 

그것은 중력 때문입니다.

지구는 모든 물체를 끌어당기고 있습니다.

 

그리고 우리가 물건을 들려면, 중력보다 강한 힘으로 들어야 합니다.

이때 우리가 느끼는 무거움이 바로 무게입니다.

그림 1. 무게가 존재하는 이유

 

결국 무게는 물체에 작용하는 중력의 크기입니다.

무게는 중력의 크기이므로, 힘의 단위인 N[뉴턴]으로 표현합니다.

 

무게 = 100N, 80N, 60N ...

 

 

 

(2) 중력마다 달라지는 무게

무게는 중력의 크기라고 했습니다.

그러면 지구보다 작은 달에 가면 어떻게 될까요?

 

달은 지구보다 중력이 1/6 정도로 약합니다.

그래서 무게가 60N인 물체를 달에 가져가면 10N이 되죠.

 

만약 중력이 없는 우주로 나간다면 어떻게 될까요?

무게는 0N이 됩니다.

그림 2. 중력에 따른 무게 비교

 

다시 말해, 중력이 커진다면 무게는 늘어납니다.

반대로 중력이 작아진다면 무게는 줄어들죠.

그림 3. 중력에 따른 무게

 

 

 

(3) 무게가 달라지는 이유

하지만 지구는 모든 물체를 똑같은 힘으로 당기지 않습니다.

어떤 것은 강하게 당기고, 또 어떤 것은 약하게 당기죠.

 

다시 말해, 물체마다 중력이 다르게 작용합니다.

그래서 무게가 다른 것이죠.

 

왜 지구는 물체마다 다르게 당길까요?

그것은 물체의 질량과 지구 중심과의 거리때문입니다.

 

물체의 질량이 커질수록 받는 중력도 커집니다.

그리고 물체가 지구에 가까워질수록 받는 중력도 커지죠.

그림 4. 물체마다 무게가 달라지는 이유

 

 

 

(4) 중력이 달라지는 이유

물체가 받는 중력이 다른 이유를 위에 설명했습니다.

그러면 지구와 달이 당기는 힘은 왜 다른걸까요?

 

달의 중력이 지구보다 약한 이유는

마찬가지로 행성의 질량과 행성의 크기(거리)에 관계가 있습니다.

 

달의 질량은 지구보다 1/81.3 정도 작으며,

달의 반지름은 지구보다 1/4 정도 작습니다.

 

이로인해 생기는 현상에 대해, 아래 그림을 통해 자세히 설명하겠습니다.

그림 5. 행성마다 중력이 달라지는 이유

 

이제 무게와 중력에 대해 이해하셨나요?

그런데 계속 설명했던 질량은 도대체 무엇일까요?

---

2) 질량

(1) 질량의 정의

우리가 지구에서 달로 이동하면, 몸무게는 1/6로 줄어듭니다.

그러면 다이어트로 고통받는 인류를 위해, 빨리 달로 가는 방법을 찾아볼까요?

 

안타깝지만 무게가 줄어도 뚱뚱한 것은 변하지 않습니다.

몸무게는 줄었지만 눈에 보이는 살은 그대로 남아있죠.

 

이를 과학적으로 표현해보면,

"무게가 줄어도 물질의 양은 그대로입니다."라고 할 수 있습니다.

 

이 물질의 양을 줄여서 질량이라고 합니다.

좀 더 정확하게 표현하면, 질량은 물질의 고유한 양입니다.

 

이 질량은 힘이 아닌 양이기 때문에, kg[킬로그램]이라는 단위를 사용합니다.

 

질량 = 100kg, 80kg, 60kg...

 

 

 

(2) 질량은 변하지 않는다!

그렇다면 무게와 질량의 차이는 무엇일까요?

 

무게는 중력에 따라 계속 변하지만,

질량은 어디를 가든 변하지 않는 고유한 양입니다.

 

그래서 지구에서 달로 이동했을 때,

무게는 줄어들지만 질량은 줄어들지 않습니다.

그림 6. 무게와 질량의 차이

 

 

 

(3) 무게와 질량의 단위

보통 한국은 무게를 잴 때 g[그램], kg[킬로그램]을 사용하고

미국에서는 lb[파운드]라는 단위를 사용합니다.

 

무게의 단위는 N[뉴턴]이고, 질량의 단위는 kg[킬로그램]인데

왜 무게를 잴 때 g[그램], kg[킬로그램]으로 표현할까요?

 

사실 지구에서는 무게와 질량을 일부러 나눌 필요가 없습니다.

질량이 커지는 만큼 무게도 비슷하게 커지기 때문이죠.

그래서 무게를 측정할 때, kg[킬로그램]을 사용해도 큰 문제는 없습니다.

(물론 정확한 무게 값이 필요한 분야에서는 kgf[킬로그램중]이라고 무게를 표현합니다.)

---

[정리]

1) 무게: 물체에 작용하는 중력의 크기

     무게의 단위: N [뉴턴]

2) 물체마다 무게가 다른 이유는 물체의 질량과 지구와의 거리 때문입니다.

     물체의 질량이 커지면 중력도 커지고, 지구 중심으로 가까워지면 중력도 커집니다.

3) 행성마다 중력이 다른 이유는 행성의 질량과 행성의 크기(반지름) 때문입니다.

     행성의 질량이 커지면 중력도 커지고, 행성의 크기(반지름)가 작아지면 중력도 커집니다.

4) 질량: 변하지 않는 물체의 고유한 양

     질량의 단위: kg [킬로그램]