기술 자료실

• 목록

안녕하세요, KOLAS 인정 국가교정기관 한국캘랩(주)입니다 :)

​

당사는 계측기/측정기 전문 교정기관으로 교정 성적서, 시험성적서를 발급하는 업체이며, 인가 항목수 260 항목으로 국내 TOP3 규모의 전문 교정기관입니다.

​

오늘은 역학 분야 중​ 힘의 정의에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

​

▶ 무게와 질량의 구분

◉ 무게(weight)

 무게(weight)는 그의 본질이 힘(force)이면서도 실용상 질량(mass)을 측정할 때 같이 사용되고 있기 때문에 용어 및 단위의 구분에 대하여 국내외를 막론하고 논란의 대상이 되고 있으며 측정 관계자나 교육기관에서 항상 질문의 대상이 되고 있습니다. 먼저 단위의 입장에서 보면 1901년 제3차 국제도량형총회에서 질량의 단위와 무게의 정의에 관한 선언에서 무게라는 단어의 의미가 때로는 질량을, 때로는 역학적 힘을 나타내는데 사용되는 모호함을 종식 시킬 필요성을 고려하여 다음 사항을 선언하였습니다.

1) 킬로그램은 질량의 단위이며 국제킬로그램원기의 질량과 같다.

2) 무게라는 단어는 힘과 같은 성질의 양을 나타낸다. 한 물체의 무게는 그 질량과 중력 가속도의 곱이며, 특히 한 물체의 표준 무게는 그 질량과 표준 중력 가속도의 곱이다.

3) 국제 도량형 지원 본부에서 채택된 표준 중력 가속도의 값은 9.806 65 ㎨이고 이 값은 이미 몇 나라의 법에 명기되어 있다.

무게는 SI 단위의 입장에서 볼 때 다음 두 가지 점에서 잘못 혼용 되고 있습니다.

1) 지구 상의 중력 가속도는 어디에서나 거의 비슷하게 무게 단위에서 중력 가속도의 값과 단위 명칭을 생략하고 단순히 킬로그램(kg)으로 표현한다는 애매한 설명이 오히려 질량과 무게의 용어 및 단위에 혼용을 더 불러일으켰습니다. 이는 질량 측정이 목적이면서 오히려 무게임을 강조하고 있습니다.

2) 뉴턴(N)이라고 표기해야 옳은 경우에 kg이라는 단위 기호를 잘못 사용하는 단위의 오용 문제가 있고, 마찬가지로 질량이라고 불러야 할 경우에 무게라는 명칭을 잘못 사용하는 용어의 오용 문제가 있습니다.

◉ 질량 측정

 질량 측정을 목적으로 만들어진 저울(balance, scale)의 지시 값을 생각해 볼 필요가 있습니다. 물체의 양(quantity)을 질량으로 계산하기 위한 상거래용 저울, 사람이나 동물의 질량을 측정하는 체중계, 실험실 등에서 표준 분동과 비교해서 재료의 질량을 측정하는 정밀 저울 등은 저울의 지시(display) 값이 표준 분동의 질량 값에 맞추어 교정되어 있거나 표준 분동의 질량과 직접 비교되기 때문에 지시 값의 단위는 분명히 질량의 단위 “kg”로 되어 있습니다.

 단지 저울의 센서가 하중 센서로 되어 있는 경우 중력 가속도를 상수로 보는 범위에서 질량을 지시하도록 질량 눈금으로 교정되어 있으며 이런 저울이 중력가속도가 다른 지역에서 보급될 경우에는 현지에서 다시 질량 교정하여 사용합니다. 국가 측정 표준 대표기관에서는 표준 분동을 교정할 때 사용하는 저울 (balance)을 질량 비교 목적으로 사용하기 때문에 질량 비교기 (mass comparator)라고 부릅니다.

질량 표준 보급의 매개체인 단위 질량의 분동도 영어로 weight 혹은 mass라고 부르는데 어느 경우나 분동의 단위는 질량(kg)을 나타냅니다. 영어에 있어서 weight라는 용어는 몇 가지의 의미를 가지고 있습니다.

- Weight value : 저울의 지시 값, 분동의 이름값, 겉보기 질량 값 등을 나타낸 말

- Weight force : 무게에 의한 힘 (질량 × 중력가속도)

- Weight piece : 분동

▶ 힘의 법칙

◉ 뉴턴의 운동 법칙

일상생활에서 힘과 관련하여 쉽게 연상 되는 것들을 살펴보면 물체를 밀거나 끌어당기어 물체의 운동을 일으키는 힘의 관계를 생각할 수 있고, 가벼운 물체보다 무거운 물체를 드는 것이 힘이 더 든다고 하는 중력(만유인력) 법칙을 생각할 수 있습니다. 힘과 관련된 물체의 운동이나 중력은 영국의 뉴턴(Issac Newton, 1642∼1727)의 운동 법칙과 중력 법칙에 의하여 학술적으로 확립되었습니다. 뉴턴의 운동 제1법칙은 관성에 관한 것이고, 제2법칙은 힘의 정의, 제3법칙은 작용-반작용에 관한 것입니다.

◉ 중력 법칙과 무게

뉴턴의 중력(만유인력) 법칙은 그의 본질이 어떤 물리량(길이, 질량, 힘)을 정의하는 것이 아니라 물체(혹은 입자) 사이에 작용하는 힘의 법칙을 나타내는 것을 말합니다. 두 물체 사이의 인력은 두 질량의 중심을 연결하는 직선을 따라서 작용하고, 그 크기는 다음과 같습니다.

◉ 중력가속도

중력 가속도 ‘g’는 장소에 따라 달라지고 더 정확하게 말하면 태양, 달, 밀물 및 썰물 등의 역학 관계 때문에 시간에 따라서도 달라지므로 같은 질량에 대해서 중력가속도가 변하면 무게도 변합니다. 위도에 따른 중력 가속도의 계산식은 다음과 같습니다.

◉ 힘의 법칙

국제단위계에서 힘의 단위의 명칭은 뉴턴(Newton)이며 기호는 N입니다. 1N은 1kg의 질량이 갖는 물체를 1㎨ 의 가속도가 생기게 하는 힘의 크기를 말합니다.

국제도량형위원회에서는 킬로그램 힘 또는 킬로그램 중(kgf), 다인(dyne), 파운드 힘(lbf)을 사용하지 말 것을 권고하고 있으며, 킬로그램 중과 뉴턴과의 관계는 다음과 같습니다.

이상으로 힘의 정의에 대해 알아봤습니다. 

*한국캘랩은 해당 측정, 분석 및 오랜 경험을 바탕으로 서비스를 제공하고 있으며 정확하고 신속한 교정 서비스로 많은 신뢰를 얻고 있는 종합 교정기관입니다.

그 외에도 260개 항목에 대한 다양한 교정 서비스를 제공하고 있으니, 문의사항 있으시면 언제든 연락 주시기 바랍니다. 항상 신속, 정확하고 신뢰성 있는 품질로 보답할 것을 약속드립니다.