철의 비중에서 언급한 비중 '1'의 기준 값은 물에 대한 이야기와 밀도 그리고 비중의 관계에 대해 이야기해보려고 합니다.
우선 밀도와 비중의 차이점에 대해 알아볼까요?
밀도와 비중의 차이
1. 밀도 (Density)
같은 질량을 갖지만 속성이 다른 금속 그리고 코르크 마개가 있다고 가정해 보겠습니다.
이 둘을 동시에 물에 넣으면 어떻게 될까요?
금속은 바로 가라앉고 코르크는 쉽게 물에 뜰겁니다.
그 이유는 밀도 차이가 있기 때문입니다.
두 물체의 질량이 같다는 전재를 가진다면 코르크마개의 부피는 금속보다 훨씬 커져야 합니다.
부피의 차이로 무게를 맞춰야 한다면 두 물질(재질)의 차이점은 밀도라고 볼 수 있습니니다.
밀도는 물질의 질량을 부피로 나눈 값으로 같은 질량을 갖더라도 부피가 클수록 밀도는 작아지게 됩니다.
◆ < 밀도(단위 부피당 질량) = 물질의 질량 ÷ 부피>, < 단위 : g/cm3 or g/mL >
같은 부피더라도 밀도가 클수록 무거워지는 것이죠.
이 조건은 상온에서의 조건입니다만 또 하나의변수를 추가할 수 있는데 바로 온도입니다.
일반적으로 온도가 높아질수록 부피가 증가하고 온도가 낮아지면 축소됩니다.
온도에 따라 부피가 영향을 받습니다. 그래서 밀도를 표현할 때는 항상 온도와 함께 표시해야 정확한 계산이 가능합니다.
물체의 상태가 기체일 때는 한 가지의 변수가 추가되는데 바로 압력 입니다.
압력이 줄어들면 부피가 증가하게 되기 때문에기체상태에 대해서는 온도와 압력에 대해서도 함께 표시해 줘야 합니다.
정리하자면
- 부피가 다르더라도 밀도에 따라 무게가 결정된다.
- 밀도는 온도에 따라 변화한다. (ex : 물이 얼면 물에 뜬다)
- 기체일 경우 온도 + 압력에 따라 변화한다. (ex: 압력이 높으면 부피감소 / 낮으면 부피 증가)
여기서 밀도 친구인 비중을 알아보면 좋습니다.
2. 비중 (Specific gravity)
밀도(Density)와 비슷한 개념인 비중이 있습니다.
비중(Specific gravity)이란,
기준으로 정한 물질의 밀도에 대해 상대적으로 얼마의 밀도를 가지고 있는지에 대한 '상대적 밀도'라고 할 수 있습니다.
기준으로 정하는 물질은 보통 액체의 경우 '물'을 표준물질로 사용합니다. < 4 ℃의 물(밀도 0.999973g/cm3) >
◆ 비중은 어떤 온도에서 어떤 물질의 밀도를 표준물질의 밀도로 나눈 값으로 정의할 수 있습니다.
< 비중 = 물질의 밀도 ÷ 표준물질의 밀도 >
비중을 측정하는 데 쓰이는 기준이 되는 물질은 고체/액체의 경우 1 기압, 4 ℃에서의 물이 이용되고, 기체의 경우
1 기압, 0 ℃에서 공기가 이용됩니다.
밀도가 있는데 비중도 왜 알아야 할까요
비중은 상대적 밀도로 어떤 물체가 물에 뜨는지, 어떤 기체가 공기에 뜨는지 알 수 있도록 해주는 역할을 해준다고 보면 됩니다. 상대적인 값이므로 그 기준을 물로 서로약속하고 구한다고 보시면 됩니다.
고체와 액체의 경우 비중이 1보다 크면 물보다 밀도가 크다는 의미이므로 물속으로 가라앉고, 1보다 작으면 위에 뜨고 기체도 공기를 기준으로 생각할 수 있습니다.
부력도 있습니다.
3. 부력 (Buoyancy)
부력은 물이 물체를 위쪽으로 밀어내는 힘입니다.
우리가 제일 많이 체감하는 물속에서 몸의 무게가 가볍게 느껴지게 되는 현상인데 몸이 들어간 부피만큼 물을 밀어내고, 밀려난 부피만큼의 물의 무게가 그 물체에 작용하는 부력의 크기가 되고 부력은 물체의 부피에만 비례하게 됩니다. 여기서 작용하는 중력은 물체의 무게와 같습니다.
◆ < 부력의 크기 = 물체가 밀어낸 물 무게 = 물체의 부피에 해당하는 물의 무게 >
밀도는 = 질량 ÷ 부피, 물보다 밀도가 작은 물질은 같은 부피의 물보다 무게가 작으므로 '중력의 크기가 되어 물에 뜰 수 있는 것입니다.
물에 뜨고 가라앉는 것은 무게가 결정하는 것이 아니라 밀도가 결정한다는 것을 아셨을 겁니다.
밀도가 높을수록 물에 가라앉고 낮을수록 뜨게 됩니다.
물은 온도를 낮추면 4 ℃ 이하에서 점점 가벼워지면서 0 ℃ 에서 응고가 시작된 얼음으로 형태가 변하고
얼음은 고체인 상태에서도 물보다 가볍워 물어 뜨게 됩니다. 코르크처럼요.
부피가 증가하고 밀도가 감소하게 되니까요.
출처 : Daum 지식백과, 교육부 공식 블로그, namu. wiki, 사진: Unsplash의 Brett Jordan