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Scientific Measuring Devices

Discusses how to correctly use instruments for measuring volume and mass.

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과학 측정도구

pH 미터

이 기기는 pH 미터로, 액체의 산도를 측정하는 과학기기이다. 이러한 과학 측정기기를 사용할 수 있는 능력은 매우 중요한 과학기술이다. 이는 과학에서 많은 측정이 이루어지기 때문이다. 예를 들어, 과학실험을 하는 동안 물체의 길이나 질량을 잴 수도 있고 액체의 부피를 측정할 수도 있다. 과학자들이 이러한 측정을 하기 위하여 매우 예민한 측정기기를 사용하며, 이들 측정에는 보통 SI  단위가 사용된다. 

미터자로 길이 측정하기

우리는 초등학교 때부터 자를 사용하여 길이를 측정해왔다.  과학에서는 길이를 밀리미터나 센티미터 같은 SI 단위로 측정한다. 미국의 학교에서는 인치나 야드 같은 영미단위를 사용하기도 한다. 아래 그림의 자에는 SI 단위의 눈금이 있다. 이 그림은 밀리미터를 측정하는 작은 눈금이 잘 보이도록 하기 위해 실제 보다 크게 그림 것이다.  큰 눈금의 숫자는 센티미터 값을 표시한다. 자 왼쪽 끝(0.0)에서 부터 작은 눈금 수를 세어보라. 1 cm는 10mm 이기 때문에 작은 눈금이 10개가 있다. 

Q: 위의 자로 측정하는 붉은 선의 길이는 몇 밀리미터인가?

A: 이 선의 길이는 32 mm이다. 

Q: 붉은 선의 길이는 몇 센티미터인가?

A: 이 선의 길이는 3.2 cm이다.

저울로 질량 측정하기

질량은 물체에 포함된 물질의 양이다. 과학자들은 보통 질량을 저울로 측정한다. 아래 그림에 저울의 한 종류인 3중 저울대 저울이 나타나 있다. 이 저울은 다음과 같이 사용한다:

  1. 측정하려는 물체를 저울 왼쪽접시(pan) 위에 놓는다.
  2. 이동 추(movable masses)들을 오른쪽으로 움직여 저울대 오른쪽 끝이 균형선(balance mark)과 일치되게 한다. 처음에는 큰 추를 사용하여 대충 조정하고 이어서 작은 추로 세부 조정을 한다.
  3. 질량값을 알기 위해 각 저울대의 추의 위치에 있는 눈금을 다 읽는다. 3개 저울대의 추 위치에 있는 값을 더하면 물체의 질량이 된다. 

아래 그림은 위 그림의 저울대 부분을 확대한 것으로 이 그림에서는 눈금을 더 잘 읽을 수 있다. 중간 저울대는 가장 큰 추를 가지고 있으며 현재 300그램의 눈금에 추가 위치해 있다. 가장 위 저울대 눈금의 값은 30그램이고 가장 아래 저울대 눈금의 값는 5.1그램이다.  따라서 이 물체의 질량은 335.1그램이다 (300그램 + 30 그램 + 5.1그램).

Q: 이 3중 저울대 저울로 측정할 수 있는 최대질량은 얼마인가?

A: 이 저울로 측정할 수 있는 최대 질량은 610그램이다 (500그램 + 100그램 + 10그램).

Q: 이 저울로 측정할 수 있는 최소질량은 얼마인가?

A: 이 저울로 측정가능한 최소 질량은 10분의 1그램 (0.1 g)이다.

과학자들이 아주 작은 질량을 측정할 때에는 아래 그림과 같은 전자저울을 사용한다. 이 저울은 질량이 숫자(디지털)로 표시되기 때문에 질량을 쉽게 측정할 수 있다. 아래 그림의 저울은 유리접시 위에 있는 노란색 가루의 질량을 측정하고 있다. 이 때 접시만의 질량을 먼저 측정하여 이를 접시와 가루 무게에서 빼주어야 한다. 두 질량의 차이가 이 가루만의 질량이 된다.

눈금실린더로 부피 측정하기

가정에서는 계량컵을 사용하여 액체의 부피를 잰다. 과학에서는 액체의 부피는 아래 그림에 나타나 있는 것과 같은 눈금실린더로 측정한다.  이 실린더의 눈금은 밀리미터 (mL) 단위로 되어있고 측정 가능한 최대 부피는 100 mL이다.  눈금실린더로 부피를 측정할 때는 아래와 같이 한다:

  1. 액체를 넣기 전에 실린더를 편평한 바닥 위에 놓는다.
  2. 액체를 넣은 다음 눈높이를 실린더 안에 있는 액체의 가장 위쪽과 나란히 맞춘다. 
  3. 액체 곡면의 가장 아래 부분의 눈금 값을 읽는다. 이 부분을 메니스커스(meniscus)라 한다.

Q: 위 사진의 눈금실린더가 측정하는 액체의 부피는 얼마인가?

A: 이 액체의 부피는 67 mL이다.

Q: 실수로 액체 곡면의 가장 윗부분의 값을 읽는다면 그 측정값이 얼마이겠는가? 

A: 측정값이 68 mL가 될 것이다.

요약

  • 과학에서 길이는 밀리미터나 센티미터 같은 SI 단위가 표시된 자로 측정한다. 
  • 과학자들은 3중 저울대 저울이나 전자저울 같은 저울로 질량을 측정한다. 
  • 과학에서 액체의 부피는 눈금실린더로 측정할 수 있다. 

연습

아주 짧은 거리를 측정하기 위한 측정 기기에는 마이크로미터가 있다. 아래 사이트에서 마이크로미터 사용방법을 학습하고, 가상 마이크로미터 사용기술을 시험해보라. 검사지 아래 부분에 있는 정답을 확인하라. 연습을 더 해보고 싶으면 답 아래에 있는 "Try more” 를 클릭하라.

http://feh.eng.ohio-state.edu/tutorials/micrometer/micindex.html

복습

  1. 아래의 확대된 자를 사용하여 측정한 푸른 선의 길이는 몇 센티미터인가?
  1. 어떤 물체가 3중 저울대 저울의 접시 위에 놓여있고, 그 저울의 눈금이 아래에 나타나 있다. 이 물체의 질량은 얼마인가?
  1. 이 실린더에 담겨져 있는 액체의 부피는 얼마인가?

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