물질의 부피와 무게
부피란 물체가 차지하는 공간의 크기를 말합니다. 한 변의 길이가 1cm인 정육면체의 부피는 1제곱센티미터로 나타냅니다. 모양이 일정한 물체의 길이를 재어 부피를 계산할 수 있습니다. 높이가 같은 두 도형을 평행하게 잘랐을 때 두 단면의 넓이가 모두 같다면 두 도형의 부피도 같습니다. 이것은 이탈리아의 수학자 카발리에리가 발견한 것으로 카발리에리의 원리라고 합니다. 이 원리는 이용하면 직육면체는 물론 각기둥, 각뿔, 구의 부피까지 구할 수 있습니다. 그러나 모양이 일정하지 않은 물체들은 자로 길이를 재어 부피를 구할 수 없습니다. 따라서 이러한 물체 중 물에 가라앉는 물체는 눈금 실린더에 일정량의 물을 넣은 후 물체를 넣어 늘어난 물의 부피를 구할 수 있습니다. 그리고 코르크나 탁구공처럼 물에 뜨는 물체는 핀셋이나 철사 등으로 눌러 물에 잠기도록 한 다음 넘친 물의 부피를 측정합니다. 이 외에도 모래의 경우는 모래가 든 눈금 실린더에 일정량의 물을 넣어 전체 부피에서 넣어 준 물의 부피를 빼서 모래만의 부피를 측정할 수 있습니다. 또 소금은 에탄올에 녹지 않으므로 물 대신 에탄올을 넣어 부피를 측정하기도 합니다.
풍선 속에 들어 있는 공기의 무게는 측정하기 어렵습니다. 그러나 배구공 속에 들어 있는 공기의 무게는 측정이 가능합니다. 이는 풍선과 배구공의 압력 차이 때문입니다. 보통 풍선 속의 공기 분자들은 1기압 상태에서 같은 부피의 공기 무게 만큼에 해당하는 부력을 받기 때문에 공기 분자의 무게를 느끼기 어렵습니다. 그러나 공기를 팽팽하게 넣은 배구공처럼 공 속의 압력이 1기압보다 높은 경우는 부력보다 무게가 커져 공기의 무게 효과를 눈으로 볼 수 있는 것입니다.
부력은 중력이 작용할 때 물체가 주위의 기체나 액체로부터 받는 중력과 반대 방향의 힘을 말하며, 물체가 차지하고 밀어낸 물이나 공기의 무게와 같습니다. 쉽게 말하면 물체가 액체나 기체에 뜨려는 힘을 부력이라고 합니다. 예를 들면 물보다 무거운 큰 쇳덩이리는 물에서 가라앉고, 스티로폼처럼 물보다 가벼운 물질을 잘 뜨게 되는 것입니다. 물에서 뜨려고 하는 성질을 양성 부력, 가라앉으려는 것을 음성 부력, 물과 비중이 유사하여 뜨지도 가라앉지도 않는 것을 중성부력이라고 합니다. 수중 호흡기를 메고 물속에 잠수하는 레포츠인 스쿠버 다이빙에서는 부력을 조절하여 물 위아래를 자유로이 이동합니다. 물에서 사람의 몸은 평균적으로 중성에 가까운 부력을 가지는데, 스쿠버 다이빙을 할 때는 중성 부력을 얼마나 잘 유지하느냐가 매우 중요합니다. 부력은 장비를 착용함에 따라, 또 수심이 깊은 곳으로 하강함에 따라 바뀌게 됩니다. 그래서 부력을 조절하기 위해서 중량추를 달거나 부력 조절기를 이용하기도 합니다. 부력 조절기를 사용하는 목적은 수면에서 양성 부력을 확보하고 수중에서는 중성 부력을 유지하지 위한 것입니다. 스쿠버 다이빙에서 최적의 부력 상태는 적당한 중량추를 달아 수면에서는 중상 부력을 가지지만, 숨을 들이마시면 수면에 떠 있고 내쉬면 꼬르륵 가라앉는 상태입니다. 사람은 숨을 많이 들이마시면 물 위에 뜨게 되고 숨을 내쉬면 가라앉게 되므로 장비 없이 물에서 잠수를 하려면 숨을 너무 크게 들이마시지 말아야 합니다.
무게는 지구가 물체를 잡아당기는 중력의 크기로, 장소에 따라 달라집니다. 달의 중력은 지구 중력의 1/6이므로 똑같은 물체일 경우 달에서의 무게는 지구에서 무게의 1/6입니다. 무게의 단위로는 뉴턴과 킬로그램힘을 사용합니다. 질량은 장소나 상태에 따라 달라지지 않는 물질의 고유한 양으로, 접시저울이나 양팔저울을 사용하여 측정합니다. 질량의 단위로는 kg, g, mg 등을 사용합니다. 어떤 물체의 무게는 그 무게를 이루는 물질의 양, 즉 질량에 따라 결정됩니다. 즉 질량은 그 물체의 무게를 결정하는 물질의 양이라고 할 수 있습니다. 그러므로 같은 장소에서 무게는 질량에 비례하게 됩니다.
물체가 차지하는 일정한 공간을 부피라 합니다. 그러면 1리터는 얼마만큼의 양을 의미할까요. 물 1리터는 가로, 세로, 높이가 각각 10센티미터인 그릇을 가득 채울 수 있는 양입니다. 즉 1리터는 한 모서리의 길이가 10센티미터인 정육면체의 부피와 같은 것입니다. 또 한 모서리가 1센티미터인 정육면체의 부피와 같은 들이를 1밀리리터라 하며, 한 모서리가 1미터인 정육면체의 부피와 같은 들이는 1킬로리터라 합니다.