모터에 사용되는 단위의 이해 및 정리

여기서 단위 시간당 거리의 변화량을 [속도]라는 양을 사용하여 표시합니다.

속도는, 단위 시간은 s(초 second의 s), 거리는 m(미터 meter의 m)을 사용하여 아래와 같이 표기합니다.

멈춰있는 물체를 속도 v로 움직이려고 하는 경우, 순시에 속도 v로는 될 수 없으므로 몇 초걸려서 v까지 올릴 수 있는지가 관건입니다.

여기서 단위 시간(s)당 속도의 변화량을 [가속도]라고 하며, 다음과 같이 표기합니다.

　　가속도의 단위 : (m/s2) 또는 (m •s-2)

이동거리를 s, 속도를 v, 시간을 t, 가속도를 α (acceleration의 A의 그리스 문자 α )로 하면 그림 2.2 의 우측 그림에 대하여 아래 식과 같이 표시됩니다.

그림 2.2 속도 v, 가속도 α 와 시간 v, 거리 s

질량과 힘

뉴튼의 제 1법칙에 [모든 물체는 외부의 힘이 가해지지 않으면 영구히 등속 직선운동을 한다]고 하는관성의 법칙이 있습니다. 즉 멈춰있는 것의 속도는 0이므로, 멈춰 있는 것은 영구히 멈춰있고, 일정속도로 움직이고 있는 것은 그 속도로 영구히 지속적으로 움직인다는 것입니다.

이 등속 직선운동을 계속하고 있는 물체가 그 운동을 계속하려고 하는 일의 크기를 [질량]이라고 합니다. (관성물질이라고도 합니다.) 이는 그 물체 고유의 물리량으로 단위를 kg(킬로그램)으로 나타냅니다.

멈춰있는 것을 움직이려고 하면 반작용을 느낄 수 있죠? 멈춰있는 물체를 움직이거나, 움직이고 있는것을 멈추려고 할 때의 반작용을 [힘]이라고 합니다. 멈춰있는 것을 움직인다고 하는 것은 속도를 0에서 일정 속도까지 변화시키는 것입니다. 즉 가속도를 가하는 것입니다.

계속 멈추려고 하는 일의 크기(질량)가 크면 움직이려고 할 때의 힘은 많이 필요하고, 또한 원하는 속도까지 단시간에 움직이려고 하면 (큰 가속도) 역시 힘이 많이 필요합니다.

즉 힘(기호 F로 한다. 힘 Force의 F)은 물체의 질량(기호m으로 한다. mass의 m, 단위는 kg)에 비례하고, 가속도 α (m/s2)에도 비례하므로 아래 식과 같이 됩니다.

　　F = m α (kg • m • s-2)

그 단위는 kg • m • s-2입니다.

kg • m • s-2에는 N(뉴튼)이라고 하는 단위를 붙일 수 있습니다.

즉 1kg의 질량을 가진 물체를 1m • s-2로 계속 가속할 때 필요로 하는 힘을 1(N)로 하는 것입니다.

질량과 중량

뉴튼이 사과가 나무에서 떨어지는 것을 보고 발견했다고 전해지는 법칙에 [모든 물체는 서로 끌어 당기는 힘이있다.]고 하는 만유인력의 법칙이 있습니다.

이 끌어당기는 힘의 크기는 두 물체 각각의 질량의 곱에 비례하고, 물체간 거리의 2승에 반비례한다고합니다.

즉 두 물체의 질량을 m1, m2, 물체간의 거리를 r로 하고 비례정수를 k로 하면, 끌어당기는 힘 F는 그림2.4에 나타낸 바와 같이 됩니다. 　

어떤 물체와 지구와의 관계로 말한다면, 양자는 서로 끌어당기지만, 지구의 질량(멈춰있으려고 하는일의 크기)이 그 물체보다도 훨씬 크기 때문에 지구는 움직이지 않고 물체가 지구의 (중심)방향으로 끌어당겨지게 되는 것입니다. 일반적인 말로한다면 이를 [떨어진다]고 합니다.

힘=질량×가속도 이므로, 물체에 힘이 작용하면 가속도가 생깁니다. 이 가속도는 물체의 질량과 지구의 질량 및 물체와 지구와의 거리에 따라 결정되지만, 지구상에서는 지구의 질량이 물체에 비하여 훨씬 크기 때문에, 그리고 물체와 지구와의 사이의 거리는 물체와 지구표면과의 거리가 지구의 반지름에

비해 무시할 수 있을 정도로 작으므로, 지구의 질량과 반지름만으로 결정되어버린다고 생각해도 좋습니다.

그 값은 9.8 m • s-2입니다. 이것을 중력 가속도라고 합니다. 기호로 쓰는 경우는 g(gravity의 g)가사용됩니다.

지구상의 질량 m(kg)의 물체에 지구의 중심방향으로 9.8 m • s-2의 가속도가 작용하고 있다는 것을 일반적으로 [질량] mkg이라고 합니다. 그림 2.5는 그것을 나타내고 있습니다.

중량이라고 하는 것이 물체와 지구와의 거리에 작용하는 힘을 말합니다. 힘이므로 단위는 N(뉴튼)입니다.

공학에서는 질량의 단위 kg과 구별하기 위해 중량을 힘Force의 f를 사용하여 kgf(킬로그램 포스라고읽는다)로 표기하고 있습니다. 즉 m kgf의 중량이란 9.8m(N)의 힘이라고 말하는 셈이 됩니다.

질량은 물체 고유의 물리량이지만 중량은 상대와의 관계로 정해지는 물리량입니다. 지구상에서도 극부근과 적도부근에서는 지구의 반경이 다르므로 중력 가속도가 다르고, 따라서 물체의 중량도 달라집니다. 달 표면상에서의 중력 가속도는 지구상의 1/6이라고 하므로 중량은 지구상의 1/6이 됩니다.

우주공간에서는 끌어당기는 상대방이 없으므로 중량은 0입니다. (그림 2.6참조)

우주공간에서 중량은 0이라도 1kg의 질량에 1 m • s-2의 가속도를 가하는 데 1(N)의 힘이 필요한 것은 지구와 동일합니다.

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