질량이란 무엇인가 ?

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1. 질량이란 무엇인가?
질량은 '어떤 물질이 갖고 있는 양'을 말하는데, 영어로는 mass라고 한다. 빛의 입자인 광자(photon)를 제외하고는 모든 입자는 질량을 가지고 있다.
흔히 질량과 무게를 혼동하는 경우가 있다. 무게는 질량에다가 지구의 중력가속도인 G=9.8m/s²을 곱한 양으로 힘이다. F=ma로 표시되는 뉴턴의 제2법칙은 질량과 가속도의 곱은 힘이라는 것을 나타낸다.

질량과 무게의 가장 큰 차이는 질량의 경우 지구 어느 곳은 물론 우주의 어디에서도 변하지 않는 반면 무게는 가속도의 크기에 따라 변한다는 것이다. 예를 들어 실험에 있는 것처럼 달에서 질량을 재면 지구와 같지만, 무게는 약 1/6로 줄어든다. 또한 해수면에서 무게를 잴 때보다 에베레스트산 정상에서는 몸무게가 조금 줄어든다. 하지만 그 차이는 그리 크지 않습니다. 지구의 해수면에서 몸무게가 60kg중(흔히 몸무게가 몇 kg이라고 부르곤 하는데, 정확한 단위는 'kg중' 입니다)인 사람이 달에서 몸무게를 재면 10kg중으로 줄어들고, 높이가 8848미터인 에베레스트산에서 재면 약 59.81kg중이 된다.

2. 질량의 단위

자, 이제 좀 더 구체적으로 질량의 단위를 알아보자. 질량의 단위는 다들 잘 알고 있다시피 그램(g)을 사용한다. 1그램은 '물 1cm³' 즉 1cc의 질량이다. 1킬로그램(kg)은 1그램의 1천배이다. 입체는 길이의 세제곱이니까 1킬로그램은 가로·세로·높이가 각각 10cm인 정육면체 모양의 물의 양이다. 그램과 킬로그램의 국제 기준이 되는 원기 백금-이리듐 합금으로 만들어 파리의 국제도량형표준국(International Bureau of Weights and Measures)에 보관되어 있다.

참고로 하나 알아둘 것은 원자와 같이 매우 가벼운 것은 질량이 너무 작아서 다른 특별한 단위를 사용한다는 것이다. 이것은 가장 일반적이고 안정적인 탄소12를 기준으로 하는데, 이것을 통합원자질량단위(unified atomic mass unit)라고 부르고 u라고 쓴다. 그 크기는 1u=1.661×10^-27kg이다.
그리고 우리 주위에서 자주 사용하는 돈, 근을 그램으로 표시하면 1돈은 3.75그램, 1근은 600그램이 된다. 전자의 경우 9.1×10^-31kg에 불과하고, 양성자는 전자의 약 1,800배로 1.7×10^-27kg이기 때문에 각각 1.10 ×10²⁷개, 5.99×10²³개가 있어야 1그램이 된다.