저울은 어떻게 무게를 알까? 용수철과 수평잡기의 비밀

가방을 멨을 때 어깨가 묵직하게 눌리는 느낌, 다들 알죠? 책을 잔뜩 넣으면 더 무겁고, 필통 하나만 넣으면 가벼워요. 그런데 "무겁다", "가볍다"를 어떻게 숫자로 정확하게 말할 수 있을까요? 바로 저울을 쓰면 됩니다. 오늘은 저울이 어떤 원리로 무게를 알아내는지 함께 알아봐요.

개념/원리

먼저 무게가 무엇인지부터 알아볼게요. 무게는 지구가 물체를 끌어당기는 힘의 크기예요. 우리가 손에 물건을 들면 아래로 당겨지는 느낌이 들죠? 그건 지구가 그 물건을 아래로 끌어당기고 있기 때문이에요. 이 끌어당기는 힘을 중력이라고 부르고, 그 힘이 얼마나 센지를 나타낸 것이 바로 무게랍니다. 무게가 클수록 지구가 더 세게 끌어당기고 있는 거예요.

무게의 단위로는 g중(그램중) 과 kg중(킬로그램중) 을 써요. 1000 g중은 1 kg중과 같아요.

용수철저울은 용수철(스프링)이 늘어나는 성질을 이용해요. 용수철에 물체를 매달면 물체의 무게 때문에 용수철이 아래로 늘어나요. 여기서 중요한 점! 무게가 클수록 용수철은 더 많이 늘어나요. 그리고 용수철은 일정하게 늘어나는 성질이 있어요. 예를 들어 어떤 용수철이 100 g중마다 2 cm씩 늘어난다면, 200 g중이면 4 cm, 300 g중이면 6 cm 늘어나요. 이렇게 늘어난 길이를 보고 무게를 알 수 있도록 눈금을 만들어 둔 것이 용수철저울이에요.

양팔저울과 수평잡기는 조금 다른 원리예요. 가운데에 받침점이 있고 양쪽에 물체를 올려요. 받침점에서 같은 거리에 물체를 올렸을 때, 더 무거운 쪽이 아래로 내려가고 가벼운 쪽이 위로 올라가요. 양쪽 무게가 똑같으면 저울은 어느 쪽으로도 기울지 않고 수평을 이뤄요. 그래서 한쪽에 무게를 아는 추를 올려 수평을 맞추면, 반대쪽 물체의 무게를 알 수 있답니다.

예시로 익히기

예시 1. 용수철저울로 재기 100 g중마다 1 cm씩 늘어나는 용수철저울이 있어요. 사과를 매달았더니 용수철이 3 cm 늘어났어요. 그럼 사과의 무게는 얼마일까요? 1 cm가 100 g중이니까, 3 cm는 300 g중이에요. 용수철이 일정하게 늘어나기 때문에 이렇게 계산할 수 있어요.

예시 2. 양팔저울 수평 맞추기 양팔저울 왼쪽에 지우개를 올렸어요. 오른쪽에 10 g중짜리 추를 하나 올렸더니 아직 왼쪽이 내려가 있어요. 추를 하나 더 올려 20 g중이 되자 저울이 수평이 되었어요. 양쪽이 수평이면 무게가 같다는 뜻이니까, 지우개의 무게는 20 g중이에요.

예시 3. 받침점 거리 비교 받침점에서 같은 거리에 사탕과 초콜릿을 올렸더니 초콜릿 쪽이 아래로 내려갔어요. 이건 초콜릿이 사탕보다 더 무겁다는 뜻이에요. 이렇게 양팔저울은 어느 쪽이 더 무거운지 눈으로 바로 비교할 수 있어요.

흔한 실수

• 크기가 크면 무조건 무겁다고 생각하기 — 커다란 풍선보다 작은 쇠구슬이 더 무거울 수 있어요. 무게는 크기가 아니라 지구가 끌어당기는 힘의 크기라는 걸 기억해요.
• 저울의 영점을 안 맞추기 — 물체를 올리기 전에 눈금이 0(영점)을 가리키는지 확인해야 해요. 영점이 안 맞으면 무게를 정확히 잴 수 없어요.
• 양팔저울에서 받침점 거리를 다르게 놓기 — 무게를 비교할 때는 양쪽을 받침점에서 같은 거리에 올려야 해요. 거리가 다르면 무게 비교가 정확하지 않아요.
• 용수철이 흔들리는데 눈금 읽기 — 용수철이 완전히 멈춘 다음에 눈높이를 맞춰서 눈금을 읽어야 정확해요.

저울의 원리를 알고 나니 무게 재기가 훨씬 재미있어지죠? 용수철은 무게만큼 일정하게 늘어나고, 양팔저울은 무거운 쪽이 내려간다는 것! 이 두 가지만 기억하면 어떤 저울을 만나도 원리를 이해할 수 있어요. 다음에 마트나 과학실에서 저울을 보면 "아, 이건 이런 원리로 무게를 재는구나!" 하고 떠올려 보세요. 여러분은 이미 저울 박사님이에요!