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Matter, Mass, and Volume

Defines what makes up our physical world and how we measure it.

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물질, 질량과 부피

주사형 터널 현미경(STM)으로 본 구리판의 원자 위의 철 원자 영상

이 화려한 영상이 무엇을 보여주는지 짐작할 수 있나?  믿거나 말거나 이는 구리 원자(붉은 색)의 표면에 있는 철원자(파란색)를 보여준다. 이 영상은 주사형 터널 현미경(STM)이라 불리는 매우 강력한 전자현미경에 의해 만들어진 것이다. STM은 원자처럼 작은 물체의 영상을 보여주는 유일한 현미경이다. 

물질

물질은 우주에 존재하는 모든 것이다. 우리 자신을 포함하여 우리가 보고 만지는 모든 것이 물질로 만들어졌다. 물질이 아닌 유일한 것은 빛이나 소리 같은 유형의 에너지이다. 과학자들은 물질 ( matter)을  질량과 부피를 갖는 모든 것으로 정의한다. 질량과 부피는 물질의 다른 양상을 측정한다. 

질량

질량(Mass) 은 물질이나 물체의 양을 측정한 것이다. 질량의 기본 국제표준(SI) 단위는 킬로그램(kg)이나 적은양은 그램(g)으로 측정할 수 있다. 질량을 측정하기 위해서는 저울을 사용해야 한다. 실험실에서는 3중 막대저울이나 전자저울로 질량을 측정하나 아래 그림의 구식 저울이 질량이 무엇인가에 대해 더 좋은 아이디어를 제공해준다. 만일 저울 양쪽의 높이가 똑 같도록 균형이 맞추어졌다면 왼쪽 접시의 과일의 질량이 오른 쪽 접시의 추의 질량과 같다는 것을 의미한다. 그림의 과일의 질량은 약 1kg으로 금속 추의 질량과 거의 같다. 그러나 과일의 접시가 추의 접시보다 약간 위에 있으며 이는 추가 과일보다 더 큰 질량을 가진다는 것 즉, 과일의 질량이 1kg보다 적다는 것을 의미한다. 

Q:  만일 과일의 접시가 추의 접시보다 아래에 있다면 과일의 질량은 얼마일까?

A:  과일의 질량이 1kg 이상일 것이다.

구식 양팔저울

질량은 종종 무게와 혼동된다.  이 둘은 아주 밀접하게 연관되어 있으나 이들은 서로 다른 것을 측정한다. 질량은 물체에 있는 물질의 양을 측정하나 무게(weight)는 한 물체에 작용하는 중력의 힘을 측정한다. 물체에 대한 중력의 힘은 그의 질량뿐 아니라 중력의 세기에 따라 달라진다. 만일 중력의 크기가 일정하게 유지된다면(지구 전체에서 처럼) 질량이 큰 물체가 더 큰 무게를 가진다.   

Q:  지구의 중력하에서 1 kg의 질량을 갖는 물체의 무게는 980g이다. 지구에서 10 kg 짜리 물체의 무게는 얼마인가?

A:  10 kg 짜리 물체는 1 kg 짜리 물체 무게의 10배가 나간다.

10 × 980g = 9800g

부피

부피(Volume) 는 한 물질이나 물체가 차지하는 공간을 측정한 것이다. 부피의 기본적인 국제표준(SI) 단위는 입방미터(m 3 )이나 작은 부피는 cm 3 로 측정하며 액체인 경우에는 리터(L)나 밀리터(mL)로 측정한다. 물질의 부피 측정 방법은 그 물질의 상태에 따라 달라진다.

  • 액체의 부피는 계량컵, 눈금실린더와 같은 측정 기구로 측정한다. 
  • 기체의 부피는 그 기체를 담는 용기(그릇)의 부피에 의존한다.: 기체는 용기를 모두 채울 때까지 팽창한다.
  • 규칙적인 모양을 가진 고체의 부피는 그들 차원의 값으로부터 계산한다. 예를 들어 직육면체의 부피는 그 가로, 세로, 높이를 곱하여 구한다. 
  • 불규칙한 모야의 고체는 치환법에 의해 부피를 측정한다. 아래의 그림과  다음 사이트에서 불규칙한 형태의 고체 부피를 치환법으로 측정하는 방법을 볼 수 있다.  http://www.youtube.com/watch?v=q9L52maq_vA .

Q:  방을 가득 채우고 있는 기체의 부피는 어떻게 구할 수 있나?

A:  만일 방이 규칙적인 형태를 가졌다면 다음 공식에 의해 부피를 구할 수 있다.  

부피 = 가로 × 세로 × 높이

만일 방의 크기가 가로 5.0 미터, 세로 3.0 미터, 높이 2.5미터라면 그 부피는 다음과 같다.:

부피 = 5.0 m × 3.0 m × 2.5 m = 37.5 m 3

[치환법에 의한 부피의 측정] 1. 눈금실린더와 같은 측정도구에 물을 채운다. 물의 부피를 측정하고 기록한다. 2. 눈금실린더에 부피를 측정할 물체를 넣는다. 물체를 포함한 부피를 측정한다. 3. 두 번째 부피에서 처음 부피를 뺀다. 그 차이가 물체의 부피이다.

Q:  위 그림의 공룡 장난감의 부피는 얼마인가?

A:  처음 물만의 부피가 4.8 mL이고 공룡 정남감을 포함한 부피가 5.6 mL이므로 공룡만의 부피는  5.6 mL – 4.8 mL = 0.8 mL이다..

요약

  • 물질은 우주에 존재하는 모든 것이다. 그것은 질량과 부피를 가진다.
  • 질량은 물질이나 한 물체의 양을 측정한다. 질량의 기본적 SI 단위는 킬로그램((kg)이다.
  • 부피는 물질이나 물체가 차지하는 공간을 측정한다. 부피의 기본적 SI단위는 입방미터(m 3 )이다.

용어

  • 질량(mass):  물질이나 물체의 양.
  • 물질(matter):  질량과 부피를 가진 모든 것.
  • 부피(volume):  물질이 차지하는 공간의 양

연습

다음 사이트의 질량과 부피의 퀴즈를 풀고 정답을 점검하라.

http://www.proprofs.com/quiz-school/story.php?title=measurement-mass-volume

복습

  1. 과학자들은 물질을 어떻게 정의하나?
  2. 질량이란 무엇인가? 질량의 기본적 SI 단위는 무엇인가?
  3. 부피는 무엇을 축정하나? 부피 측정에 사용되는 단위 2가지를 말해보라. 
  4. 불규칙한 모양을 가진 물체의 부피를 측정하기 위해 치환법을 어떻게 이용하는지 설명하라.

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