저울의 종류와 원리

저울의 종류와 원리 

■ 저울의 종류

우리가 일상생활에서 사용하는 저울에는 여러 가지 종류가 있지만 그 원리에 따라 크게 두 가지로 분류할 수 있습니다. 하나는 용수철을 이용하여 용수철의 길이가 잡아당기는 힘의 크기에 비례하여 늘어나는 성질을 이용하여 용수철이 늘어나는 부분에 바늘을 달아서 무게를 측정하는 저울입니다. 바늘이 눈금을 표시하거나 눈금판이 돌아가는 저울은 대부분 용수철이 사용된 저울입니다. 이러한 저울에는 가정용 저울, 체중계, 판지시 저울, 용수철 저울 등이 있습니다.

 

다른 하나는 지레를 이용하여 한쪽에는 측정하고자 하는 물체를 올려놓고, 다른 쪽에는 분동이나 추를 올려놓아 양쪽에 작용하는 힘이 균형을 이루어 수평이 되는 것을 이용하여 무게를 재는 저울입니다. 이러한 저울에는 양팔 저울, 윗접시 저울, 대저울, 약저울 등이 있습니다. 다양한 종류의 저울 중에서 물체의 무게를 잴 때는 최대 눈금과 최소 눈금, 저울의 모양새 등을 따져서 쓰임새에 적합한 저울을 사용해야 합니다.

■ 용수철을 이용한 저울

▶ 용수철 저울의 원리

용수철 저울에 사용되는 용수철은 탄성력을 가지고 있습니다. 탄성력은 물체의 모양이 변형되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 힘을 말합니다. 용수철은 대나무, 고무 등과 같이 탄성이 큰 물질입니다. 따라서 용수철의 길이는 잡아당기는 힘에 비례하여 늘어났다가 다시 원래 길이로 되돌아옵니다. 이러한 용수철의 성질을 이용하여 물체의 무게를 잽니다. 가정용 저울이나 체중계에 물체를 올려놓으면 그 속에 들어 있는 용수철이 늘어나게 됩니다. 용수철은 눈금을 가리키는 바늘과 연결되어 있어 용수철이 늘어난 만큼 저울의 눈금이 돌아가게 됩니다. 물체를 내려놓으면 용수철이 다시 원래의 모양으로 돌아오면서 눈금도 제자리로 돌아오게 됩니다.

▲용수철 저울의 원리가 사용된 저울(출처: 에듀넷)

▶ 용수철 저울의 눈금

일상 생활에서 우리는 무게의 단위로 ‘g(그램)’이나 ‘kg(킬로그램)’을 사용합니다. 하지만 이것은 질량의 단위이지 무게의 단위가 아닙니다. 질량은 물체 자체의 고유한 양을 말하는 것이지만 무게는 ‘지구가 물체를 끌어 당기는 힘’을 말하는 것이기 때문입니다. 따라서 무게는 힘의 크기를 나타내는 것으로 단위도 힘의 단위를 사용해야 합니다.

 

힘의 단위로 일반적으로 사용하는 것이 ‘N(뉴턴)’입니다. 질량이 1kg인 물체는 지구가 10N의 힘으로 끌어당깁니다. 따라서 지구에서 질량 1kg의 물체의 무게는 10N이 됩니다. 용수철 저울에서 오른쪽에 0, 1, 2, 3으로 표시가 된 것은 N을 단위로 한 힘의 크기를 나타낸 것입니다. 1N은 약 100g, 2N은 약 200g과 같습니다. 따라서 정확하게 무게를 나타내기 위해서는 힘의 단위인 N을 사용하는 것이 맞습니다. 달은 물체를 잡아당기는 힘이 지구의 1/6입니다. 따라서 지구에서 몸무게가 60kg인 사람이 달에서 10kg이 되는 것이 아니고 지구에서 몸무게가 600N인 사람이 달에서 100N이 되는 것입니다.

 

 

■ 지레를 이용한 저울

▶ 수평잡기의 원리

어른과 어린이가 시소를 타려면 어른은 시소의 앞쪽에 어린이는 시소의 뒤쪽에 타야 균형이 맞아 수평을 이룹니다. 이것은 지레의 원리로 설명할 수 있습니다. 양팔 저울은 지렛대의 중앙을 받침점으로 하고 양쪽의 똑같은 위치에 접시를 매달거나 올려놓은 것입니다. 한쪽 접시에는 측정하고자 하는 물체를, 다른 한쪽에는 분동을 올려놓아 지렛대가 수평을 이루었을 때 분동의 질량이 바로 물체의 질량이 됩니다. 따라서 지렛대 양쪽의 무게가 균형을 이루었을 때 수평이 되는 원리를 이용하여 물체의 무게를 재는 것이 수평잡기의 원리입니다. 

▲수평잡가의 원리가 사용된 저울(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]