질량 대 중량

일반적으로, 물체의 질량은 사실 다른 개념과 양이지만, 종종 무게라고 불린다. 과학적 맥락에서 질량은 물체의 "물질"의 양인 반면("물질"은 정의하기 어려울 수 있다) 무게는 중력에 의해 물체에 가해지는 힘이다.^[1] 즉 지구 표면에서 질량이 1.0kg인 물체의 무게는 약 9.81뉴턴으로 그 질량에 중력장 강도를 곱한 것이다. 이 물체의 무게는 중력이 약한 화성에서는 덜하고 토성에서는 더 많고, 어떤 중요한 중력원으로부터 멀리 떨어져 있을 때는 우주에서는 매우 작지만, 항상 같은 질량을 가지고 있다.

지구 표면에 있는 물체는 무게가 있지만, 때로는 무게를 측정하기가 어렵다. 그 예가 물에 떠 있는 작은 물체인데, 물에 부력을 받아 무게가 없어 보이지만, 온전히 지지하고 저울에 무게를 싣는 용기에 담으면 평상시의 무게가 있는 것으로 나타났다. 따라서 물 속에 떠 있는 "무중력 물체"는 실제로 그 무게를 용기 바닥(압력이 증가하는 곳)으로 전달한다. 마찬가지로, 풍선은 질량이 있지만 공기의 부력으로 인해 무게가 없거나 심지어 부정적인 무게로 보일 수도 있다. 그러나 풍선의 무게와 그 안에 있는 기체는 단지 지구 표면의 넓은 영역으로 옮겨졌을 뿐이어서 무게를 측정하기 어렵게 되었다. 비행기의 무게는 지상과 비슷하게 분포하지만 사라지지는 않는다. 비행기가 수평 비행 중인 경우, 비행기가 활주로에 있을 때와 같은 무게의 힘이 지구 표면에 분산되지만, 더 넓은 지역에 분산된다.

질량에 대한 더 나은 과학적 정의는 관성의 척도로 설명하는데, 이것은 물체가 외부의 불균형적인 힘에 의해 작용하지 않는 한 현재의 운동 상태를 바꾸지 않는 경향이다. 중력 "중력"은 중력장에 의해 질량이 작용하고 물체가 자유 낙하할 수 없을 때 생성되는 힘을 의미하지만 행성의 표면과 같은 기계적 힘에 의해 지지되거나 지연된다. 그런 힘은 무게가 된다.^[2] 이 힘은 어떤 다른 종류의 힘으로도 추가될 수 있다.

물체의 무게는 중력장의 강도에 비례하여 다르지만, 물체에 에너지나 물질이 첨가되지 않는 한 그 질량은 일정하다.^[3] 예를 들어, 궤도에 있는 위성(본질적으로 자유 낙하)은 "무중력"이지만, 여전히 질량과 관성을 유지한다. 이에 따라 궤도에서조차 어떤 방향으로든 위성을 가속하려는 우주비행사는 여전히 힘을 발휘해야 하며, 질량이 1t에 불과한 위성과 같은 속도로 10t급 위성을 가속시키기 위해서는 10배 이상의 힘을 발휘해야 한다.

개요

질량은 관성적 성질 즉, 외부 힘에 의해 작용하지 않는 한 물체가 일정한 속도로 유지되는 경향이다. 아이작 뉴턴 경의 335년 된 운동 법칙과 그의 작품에서 나온 중요한 공식에 따르면 F = ma, 질량, m, 1kg의 물체는 1 뉴턴의 힘인 F에 의해 작용했을 때 초 당 1m(지구 중력에 의한 가속도 약 1/10)로 가속된다.^[4]

볼링공을 평평하고 매끄러운 표면에서 수평으로 밀고 수평으로 계속 움직이면 관성이 나타난다. 이것은 볼링공을 바닥에 고정시킬 때 반드시 대항해야 하는 볼링 공의 아래쪽으로의 중력인 무게와는 상당히 구별된다. 달의 볼링 공의 무게는 비록 질량은 변하지 않지만 지구 볼링 공의 6분의 1이 될 것이다. 따라서 반동 운동학(질량, 속도, 관성, 비탄력 및 탄성 충돌)의 물리학이 지배하고 중력의 영향이 무시할 수 없는 요인이 될 때마다, 중력이 상대적으로 약한 곳에서도 물체의 행동은 일관성을 유지한다. 예를 들어, 당구대 위의 당구공은 지구와 마찬가지로 달에 브레이크 샷을 한 후 같은 속도와 에너지로 흩어지고 뒤로 물러난다. 그러나 그들은 훨씬 더 천천히 주머니 속으로 떨어지게 된다.

물리과학에서 질량(mass)과 중량(weight)이라는 용어는 물리적인 특성이 서로 다르기 때문에 별개의 척도로 엄격히 정의된다. 일상 용도에서, 모든 일상적인 물체는 질량과 무게를 모두 가지고 있고 하나는 다른 물체에 거의 정확히 비례하기 때문에, "체중"은 종종 문맥에 의존하는 그것의 의미인 두 가지 특성을 모두 설명하는 역할을 한다. 예를 들어, 소매 상거래에서 제품의 "순중량"은 실제로 질량을 가리키며, 그램이나 온스와 같은 질량 단위로 표현된다(파운드: 참조). 상업에 사용하다. 반대로, 자동차 타이어의 하중 지수 정격은 타이어의 최대 구조 하중을 킬로그램 단위로 명시하는 중량, 즉 중력에 의한 힘을 가리킨다. 20세기 후반 이전에는 기술문서에 두 사람의 구분이 엄격하게 적용되지 않아 (분자질량용) '분자체중량'과 같은 표현이 여전히 눈에 띄었다.

질량과 무게는 별개의 수량이기 때문에 측정 단위가 다르다. 국제 단위계(SI)에서 킬로그램은 질량의 기본 단위, 뉴턴은 힘의 기본 단위다. 비 SI 킬로그램 힘도 중량 측정에서 일반적으로 사용되는 힘의 단위다. 마찬가지로 제국 체계와 미국의 관습적인 단위 모두에서 사용되는 아보아오아르두푸아 파운드도 질량의 단위로서, 이와 관련된 힘의 단위는 파운드 힘이다.

질량 단위를 지구에서 등가력으로 변환

물체의 무게(중력)가 "킬로그램"으로 표현될 때, 이것은 실제로 킬로그램 힘(kgf 또는 kg-f)을 가리키는데, 이것은 SI가 아닌 힘의 단위인 킬로폰드(kp)로도 알려져 있다. 지구 표면의 모든 물체는 약 9.8m/s의² 중력 가속도를 받는다. 가중치 및 측정에 관한 총회는 계량학 같은 분야가 정의된 질량의 단위를 정의된 힘과 압력으로 변환하기 위한 표준 값을 갖도록 표준 중력의 값을 정확하게 9.80665 m/s로² 고정했다. 따라서 킬로그램 힘은 정확히 9.80665 뉴턴으로 정의된다. 실제로 중력 가속도(기호: g)는 위도, 고도, 지표면 아래 밀도에 따라 약간 달라진다. 이러한 변화는 일반적으로 1퍼센트의 몇 분의 1에 불과하다. 중력측정을 참조하십시오.

공학자들과 과학자들은 질량, 힘, 무게의 차이를 이해한다. 구조 엔지니어링과 같이 중량 하중(중력으로 인한 구조물에 대한 힘)을 포함하는 분야의 엔지니어들은 콘크리트와 자동차와 같은 물체의 질량을 뉴턴의 힘으로 변환한다(kg으로 표현됨). (일부 인자에 9.8을 곱하여, 그러한 계산에 보통 2개의 유의한 수치가 충분하다) 물체의 하중 탄성계수와 같은 물질적 특성은 뉴턴과 파스칼(뉴턴과 관련된 압력 단위)의 관점에서 측정되고 발표된다.

부력과 중량

보통, 지구상의 질량과 무게의 관계는 매우 비례적이다; 1리터의 탄산음료 한 병보다 100배나 더 큰 물체들은 거의 항상 무게가 100배 더 나간다 - 약 1,000 뉴턴은 100킬로그램보다 약간 큰 물체로부터 지구에서 기대할 수 있는 무게다. 그러나 이것은 항상 그런 것은 아니며 이 질량/중량 비례성을 위반하는 익숙한 물체가 있다.

헬륨으로 가득 찬 일반적인 장난감 풍선은 많은 사람들에게 친숙한 것이다. 그런 풍선이 헬륨으로 가득 차면 중력에 대항하는 힘인 부력을 갖게 된다. 장난감 풍선이 부분적으로 공기가 빠지면 중성적으로 부력이 되어 바닥에서 1~2미터 떨어진 집 주위를 떠돌 수 있다. 그러한 상태에서는, 풍선이 뜨지도, 떨어지지도 않는 순간이 있으며, 그 아래에 놓인 저울에는 힘이 작용하지 않는다는 의미에서, 어떤 의미에서는 완전히 무중력 상태(실제로 아래에 언급된 바와 같이, 무게는 단지 지구 표면을 따라 재분배되었을 뿐 측정될 수 없다)인 것이다. 풍선을 구성하는 고무의 질량은 몇 그램에 불과하지만, 거의 눈에 띄지 않을 수도 있지만, 고무의 질량은 부풀려도 여전히 모든 질량을 유지하고 있다.

다시 말하지만, 저중력 환경이 무게에 미치는 영향과는 달리 부력은 물체의 무게의 일부를 사라지게 하지 않는다; 빠진 무게는 지면에 의해 대신 부담되고 있다; 이것은 이론적으로 물체 아래에 놓여진 어떤 규모에도 더 적은 힘(중량)을 가하게 한다(하지만, 아마도 어떤 사람은 약간의 문제가 있을 수 있다).그 조건에서 정확히 어떤 것을 개별적으로 무게를 재는 실질적인 측면들). 만약 누군가가 들어가서 떠다니기 시작한 작은 물웅덩이의 무게를 재는다면, 그들은 그 사람의 전체 무게가 수영장에 의해 부담되고 있다는 것을 알게 될 것이고, 궁극적으로 수영장 밑의 저울이 된다는 것을 알게 될 것이다. 부력 물체(부력 물체의 무게를 재기 위한 적절한 작업 척도 기준)는 무게가 덜 나가는 반면에, 물체/유체 시스템은 일단 부력 물체가 추가되면 물체의 전체 질량 값에 의해 무거워진다. 공기는 유체이기 때문에, 이 원리는 물체/공기 시스템에도 적용된다; 대량의 공기와 궁극적으로는 지면이 중기의 부력을 통해 인체가 잃는 무게를 지탱한다.

부력의 영향은 풍선에만 영향을 주는 것이 아니다; 액체와 가스 모두 물리 과학의 액체다. 그리고 먼지 입자보다 큰 모든 거시적인 물체들이 지구상의 액체에 담길 때, 그들은 어느 정도 부력을 가진다.^[5] 수영장에 떠 있는 수영선수나 공중에 떠 있는 풍선의 경우, 부력은 수영장에 있는 체중 측정 장치에 대해 무게를 재는 물체의 중력에 완전히 대항할 수 있다. 그러나, 언급했듯이, 유체에 의해 지지되는 물체는 슬링이나 케이블에 의해 지지되는 물체와 근본적으로 다르지 않다. 즉, 무게는 사라지도록 만들어진 것이 아니라 다른 위치로 전달되었을 뿐이다.

"무중력"(중성 부력) 풍선의 질량은 훨씬 큰 열기구로 더 잘 알 수 있다. 비록 그들이 땅 위를 맴돌 때(흔히 무게 0의 100뉴턴 이내가 될 수 있을 때) 그들의 몸무게에 대항하기 위한 어떤 노력도 필요하지 않지만, 그들의 주목할 만한 질량 수백 킬로그램 이상의 관성과 관련된 관성은 풍선의 바구니가 그 위를 수평으로 움직일 때 완전히 다 큰 남자들을 발에서 떨어뜨릴 수 있다. 땅을 갈다

부력과 그에 따른 무게 있는 물체의 하향력 감소는 아르키메데스의 원리에 바탕을 두고 있는데, 이 원리는 부력력이 물체가 대체하는 액체의 무게와 동일하다는 것이다. 이 액체가 공기일 경우 힘이 작을 수 있다.

공기의 부력이 측정에 미치는 영향

일반적으로 공기 부력이 정상 밀도의 물체에 미치는 영향은 너무 작아서 일상적인 활동에서 어떤 결과도 얻을 수 없다. 예를 들어 부력이 체중에 미치는 감소효과(상대적으로 저밀도 물체)는 다음과 같다. 1⁄860 중력의 그것(순수의 경우 그것은 중력의 약 1/770이다). 게다가 기압의 변동은 30,000분의 1 이상의 체중에 거의 영향을 미치지 않는다.^[6] 단, 계측학(측정학)에서는 부력 효과를 보상하기 위해 공기 밀도가 설명될 정도로 정확하게 실험실 척도와 잔액을 교정하기 위한 정밀 질량 표준을 제작한다. 는 킬로그램 단위(프랑스에 있는 kilogram의 크기는 정의한 질량 표준)의 국제 원기 같은platinum-iridium 질량 기준의 아주 높은 비용을 감안할 때, 고품질의" 일하는"표준 특별한 스테인리스 강 alloys[7]의 대략 8,000kg/m3의 사람들보다 더 용량을 차지 밀도로 만들어진다.복수약 21,550 kg/m의³ 밀도를 가진 아티눔-이리듐. 편의상, 스테인리스강 대비 부력의 표준가치를 계량학 작업에 대해 개발하였고, 이로 인해 "기존 질량"^[8]이라는 용어가 나오게 되었다. 기존 질량은 "20°C에서 질량의 경우, '기존 질량'은 밀도 1.2 kg/m로³ 공기에서 균형을 잡는 밀도 8,000 kg/m의³ 기준 질량이다."라고 정의한다. 그 효과는 스테인리스강 질량 표준의 경우 150ppm의 작은 효과지만 모든 정밀 질량 표준의 제조 과정에서 적절한 보정이 이루어지기 때문에 진정한 라벨 질량을 갖는다.

일상적인 실험실 사용에서 고정밀 척도(또는 균형)가 스테인리스강 표준을 사용하여 교정될 때마다, 실제로 척도는 재래식 질량, 즉 실제 질량에서 부력을 150ppm 뺀 값으로 교정되고 있다. 정확히 같은 질량을 가지지만 밀도가 다른 물체는 서로 다른 부피를 대체하고 따라서 부력과 중량이 다르기 때문에, (스테인리스 질량 표준에 비해) 이 눈금에서 측정한 물체는 전통적인 질량에서 알 수 없는 부력을 뺀 것이다. 정확도가 높은 작품에서는 기사의 부피를 수학적으로 무효로 측정할 수 있다.

척도 유형 및 척도 측정값

병원에서 밸런스빔 타입의 저울에 서면 질량을 직접 측정하게 된다. 이것은 균형("이중 팬" 질량 비교기)이 플랫폼의 사람에게 가해지는 중력과 빔의 슬라이딩 카운터웨이트의 중력을 비교하기 때문이다; 중력은 바늘이 "균형" (null) 지점에서 이탈할 수 있도록 하는 힘 생성 메커니즘이다. 이러한 균형은 지구의 적도에서 극지방으로 이동할 수 있으며 정확히 같은 측정을 할 수 있다. 즉, 그들은 의사의 환자가 0.3% 더 무거워졌다는 것을 자극적으로 나타내지 않을 것이다. 그들은 지구가 축을 중심으로 회전하기 때문에 중력에 대항하는 원심력에 면역이 된다. 그러나 스프링 기반 또는 디지털 로드 셀 기반 눈금(단일 팬 장치)을 밟으면 체중(중력력)이 측정되고 중력장의 강도 변화가 판독에 영향을 미친다. 실제로 그러한 척도를 상업이나 병원에서 사용할 때는 종종 현장에서 조정하여 그 근거로 인증을 받으므로, 그들이 측정하는 질량은 파운드나 킬로그램으로 표현하여 원하는 정확도 수준에 있도록 한다.^[9]

미국 상거래에서 사용

미국에서는 미국 상무부, 기술청 및 국립표준기술연구소(NIST)가 NIST 핸드북 130의 법적 계량학 및 엔진 연료 품질 분야에서 통일법률 및 규정상 물품 교환 시 질량과 무게의 사용을 정의했다.

NIST 핸드북 130은 다음과 같이 명시되어 있다.

V. "질량"과 "체중". [주1, 6페이지 참조]

물체의 질량은 물체의 관성적 특성 또는 물체가 함유하는 물질의 양을 측정하는 것이다. 물체의 무게는 중력에 의해 물체에 가해지는 힘, 또는 물체를 지탱하는 데 필요한 힘을 측정하는 것이다. 지구상의 중력의 당김은 물체가 약 9.8 m/s의² 하향 가속도를 낸다. 통상과 상업, 일상용어에서는 '체중'이라는 말이 '질량'의 동의어로 쓰이는 경우가 많다. 라벨에 명시된 "순질량" 또는 "순중량"은 포장에 포장재를 제외한 특정 양의 상품이 포함되어 있음을 나타낸다. "질량"이라는 용어의 사용은 전 세계적으로 지배적이며, 미국에서 점점 보편화되고 있다. (1993년 추가)

W. "질량"과 "체중"이라는 용어의 사용. [주1, 6페이지 참조]

본 핸드북에서 사용하는 용어 "체중"은 "질량"을 의미한다. "체중"이라는 용어는 인치-파운드 단위가 인용되거나 인치-파운드와 SI 단위가 모두 요건에 포함될 때 나타난다. 질량 또는 질량이라는 용어는 SI 단위만 요건에 인용할 때 사용된다. 법률이나 규정에서 "체중"이라는 용어가 처음 사용되는 곳에는 다음과 같은 메모가 나타난다.

참고 1: 본 법률(또는 규정)에서 사용될 때, "체중"이란 용어는 "질량"을 의미한다. (이 용어에 대한 설명은 NIST 핸드북 130 섹션의 V. 및 W.를 참조한다.) (1993 추가) 6"

본 핸드북을 대체하는 미국 연방법도 체중을, 특히 순체중을 아보아두푸아 파운드 또는 질량 파운드의 관점에서 규정한다. 21CFR101 Part 101.105 – 면제^{[permanent dead link]} 시 순 콘텐츠 수량의 선언:

(a) 포장 형태의 식품의 주요 표시 패널에는 내용물의 순 수량에 대한 선언이 표시되어야 한다. 이 값은 무게, 측정, 숫자 계수 또는 숫자 카운트와 무게 또는 측정의 조합으로 표현해야 한다. 식품이 액체인 경우 유동성 측정의 관점에서, 또는 식품이 고체, 반소성 또는 점성이 있는 경우, 또는 고체와 액체의 혼합물인 경우, 이러한 문구는 건조 측정의 관점에서 이루어져야 한다. 단, 식품이 신선 과일, 신선한 야채 또는 기타 건조 상품인 경우에는 건조 측정의 측면에서 표시될 수 있다. 무게에 따라 액체의 내용물을 선언하거나, 액체에 의해 고체, 반소성 또는 점성이 있는 제품을 선언하는 일반 소비자 사용 및 거래 관행이 확고히 확립되어 있는 경우에는 이를 사용할 수 있다. 특정 포장 식품의 경우 중량, 측정, 수치 또는 조합별로 순량을 선언하는 기존 관행이 소비자에 의한 가치 비교를 촉진하지 않으며 소비자 혼란의 기회를 제공한다고 판단할 때마다, 커미셔너는 적절한 용어를 규정으로 지정하거나 규제할 것이다. 그러한 상품에 사용할 조건

(b)(1) 무게의 문구는 아보아오르두푸아 파운드와 온스 단위로 표시되어야 한다.

일반 라벨링 및 처방 라벨링 요구 사항은 21CFR201 Part 201.51 – "내용 순 수량 선언"을 참조하십시오.

참고 항목

• 외관중량
• 중력계
• 파운드(힘)

참조