질량과 중량
개념과 원리
질량은 물체의 물질량을 나타내고 중량은 중력에 의한 힘입니다. 물의 밀도 약 1,000 kg/m³와 비중량 약 9,810 N/m³는 서로 다른 값입니다. 비중량은 밀도에 중력가속도를 곱한 것입니다.
질량과 중량을 구분해야 하는 이유
질량은 물체가 가진 물질의 양이며 단위는 kg입니다. 중량은 중력에 의해 물체에 작용하는 힘이므로 단위는 N입니다. 두 값은 W=mg 관계로 연결됩니다.
지구 표면 부근에서 중력가속도를 9.81 m/s²로 사용하면 질량 10 kg인 물체의 중량은 10×9.81=98.1 N입니다. 질량이 10 kg이라고 해서 중량도 10 N인 것은 아닙니다.
공조냉동 계산에서는 kg, kg/s와 같은 질량 및 질량유량이 자주 사용됩니다. 반면 펌프양정이나 압력, 힘을 다루는 계산에서는 중력가속도가 포함되므로 질량과 힘의 차이를 이해해야 단위 오류를 줄일 수 있습니다.
밀도와 체적의 연결
밀도가 1,000 kg/m³인 물 0.025 m³의 질량은 ρV=1,000×0.025=25 kg이고, 중량은 25×9.81=245.25 N입니다.
실기 포인트: 문제에서 kg을 요구하는지 N을 요구하는지 확인합니다. 압력이나 펌프동력 계산에서는 밀도 ρ와 비중량 γ 중 무엇을 사용하는지 확인하고, γ=ρg 관계에 따라 중력가속도를 중복 적용하지 않습니다.
그림·공식 정리
| 구분 | 정의 | 대표 단위 |
|---|---|---|
| 질량 | 장소나 상태에 따라 달라지지 않는 물질의 고유한 양 | kg |
| 중량 | 중력이 물체를 끌어당기는 힘의 크기 | N, kgf |
질량은 kg, 중량은 힘이므로 N이다. 1 kgf는 약 9.81 N이다.
풀이에 적용하기
질량 20 kg, g=9.81 m/s²이면 중량은 196.2 N입니다. 물의 밀도를 1,000 kg/m³로 가정하면 물 0.02 m³의 질량은 1,000×0.02=20 kg입니다. kgf는 힘의 단위로 1 kgf=9.80665 N으로 정의됩니다.
헷갈리는 부분
펌프식에 비중량 γ를 쓰면서 g를 다시 곱하면 중력을 중복 반영합니다. 밀도 ρ를 쓰는 식인지 비중량 γ를 쓰는 식인지 확인하세요.