▶학습주제

-용수철로 무게 재는 방법 알아보기. 각종 무게 재는 방법 알아보기

-탄성력의 특징 알아보기

▶실험 주의사항

-용수철에 너무 무거운 물체를 달거나 무리한 힘을 주지 마세요

-그릇을 단 용수철 아래 끝부분에 눈금 도면의 0점이 닿도록 붙이세요


모든 물체에는 무게가 있다. 물체의 무게는 손으로 들어보면 대략 짐작할 수 있지만, 보다 정확한 무게를 알기 위해 우리는 '저울'이라는 기구를 사용한다. 다양한 저울 중에서 용수철을 이용해 손쉽게 만들 수 있는 '용수철 저울'을 만들어 보고 저울의 원리에 대해 알아보자.

실험에서 만든 용수철 저울은 용수철의 성질을 이용해 물체 무게를 잰다. 용수철은 일정한 힘을 가하면 모양이 변형됐다가 그 힘을 제거하면 다시 본래의 모습으로 돌아오는 성질을 가지고 있다.

용수철을 잡아당기는 힘과 비례해 용수철 길이가 늘어나기 때문에 그릇에 담는 무게가 무거울수록 용수철이 더 많이 늘어난다. 바로 이 성질을 이용해 무게를 잴 수 있는 것이다.

용수철과 같이 외부에서 힘을 가하면 모양이 변형됐다가 힘을 제거하면 다시 되돌아오는 성질을 '탄성'이라고 한다. 고무줄이 늘어났다가 줄어드는 성질도 고무의 탄성 때문이다. 탄성력은 원래 상태로 되돌아가려는 힘을 말하며 항상 작용한 힘과 반대 방향으로 작용한다.

하지만 탄성력에는 한계가 있다. 탄성을 가진 물체는 어떤 것이든 탄성을 유지할 수 있는 힘의 한계가 있는데, 이를 가리켜 '탄성한계'라고 한다. 탄성한계를 넘은 물체는 외부에서 가하는 힘을 제거해도 원래 형태로 돌아가지 못한다. 고무줄을 계속 길게 늘이면 어느 순간 끊어져 버리는 것도 탄성한계를 넘었기 때문이다.

용수철 저울 역시 탄성한계가 있어 너무 무거운 물체를 올리면 용수철이 늘어나 원래 모습으로 돌아가지 못한다. 이 때문에 용수철 저울은 지우개나 딱풀 등 대체로 작고 가벼운 물체의 무게를 재는 데 적당하다.

참고로 용수철 저울에 눈금 도면을 붙일 때는 빈 그릇을 매단 상태에서 들었을 때 용수철 가장 아래쪽 부분에 눈금의 '0'이 오도록 붙여야 한다. 눈금을 읽을 때는 눈의 높이를 눈금과 평행하게 맞춘 후 읽는다. 물체를 그릇에 올릴 때는 그릇이 한쪽으로 쏠리지 않도록 주의한다. 유기현 과학칼럼니스트


*본 콘텐츠의 저작권은 한국과학기술정보연구원(KISTI)에 있습니다