[짬짜면 과학 동시 17] 질량과 무게는 어떻게 다를까요?

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  질량과 무게의 세계 여행

 _윤병무

  태곳적부터 단짝 친구
  질량과 무게가 둘이서
  북극으로 여행을 떠났어요
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  질량과 무게는 단짝인 만큼
  서로 닮았으면서도 다르지만
  북극곰을 보고 싶은 마음은 같았어요
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  그런데 북극에 도착하자
  무게가 늘어난 무게가 힘들어 했어요
  질량의 질량은 변화가 없었지만요
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  평소보다 무거워진 무게가 안쓰러워
  질량은 무게를 데리고 서둘러
  적도 근방 아프리카 케냐로 갔어요
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  그러자 북극에서보다 무게가 줄어든
  무게가 신나서 가뿐가뿐 걸었어요
  이번에도 질량의 질량은 그대로였어요
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  무게의 무게를 더 가볍게 하려고
  질량과 무게는 내친김에
  우주선을 타고 우주로 갔어요
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  아, 그런데 옆에 있던 무게가
  순식간에 사라져 버렸어요
  질량의 질량은 그대로였지만요
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  우주에서 단짝 친구 무게를 잃어버린
  질량은 엉엉 울었어요
  질량의 눈물이 우주에 둥둥 떠다녔어요
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  슬픔만 데리고 질량은 지구로 돌아왔어요
  아니 그런데 이게 웬일이에요?
  옆자리에 무게가 앉아 졸고 있었어요
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  깜짝 놀라 기뻐하는 질량에게
  잠에서 깨어난 무게가 물었어요
  “도대체 우주에는 언제 도착하는 거야?”

초등생을 위한 덧말

지구에서 위쪽과 아래쪽은 어디일까요? 북극이 위쪽이고 남극은 아래쪽일까요? 만약 그렇다면 남극에 서 있는 펭귄은 발보다 머리가 더 아래쪽에 있겠습니다. 하지만 사실은 그렇지 않습니다. 지구의 아래쪽은 공처럼 둥근 지구 곳곳에서 땅을 딛고 서 있는 사람들의 발바닥이 향하고 있는 곳입니다. 그 곳곳에서 땅속을 향해 가상으로 직선을 그으면 지구 내부의 한가운데에 닿게 될 겁니다. 그곳이 바로 지구의 가장 아래쪽입니다. 그곳을 중심으로 지구는 지상의 모든 것을 끌어당기고 있습니다.

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그렇듯 지표 근처의 물체를 지구 내부 중심으로 끌어당기는 자연의 힘을 ‘중력’이라고 합니다. 그럴 리 없지만 만약에 어느 날 지구의 중력이 사라진다면, 즉 지구 아래쪽으로 끌어당기는 힘이 갑자기 없어진다면 우리 모두는 한꺼번에 지구 밖의 우주로 날아가 버릴 겁니다. 그 방향이 지구의 위쪽이자 지구 중력의 반대 방향입니다.
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물체의 무게도 ‘중력’ 때문에 생긴 겁니다. 다시 말하면 물체의 ‘무게’는 물체 자체에 있는 게 아니라, 지구가 물체를 끌어당기는 힘의 크기입니다. 반면에 물체의 ‘질량’은 지구가 물체를 끌어당기는 힘과는 무관하게 물체 자체에 있는 ‘물질의 양’입니다. 물론 물체의 무게는 물질의 질량이 클수록 더 커집니다. 물질의 양이 많은 바위가 물질의 양이 적은 돌멩이보다 무게가 더 큰 것처럼 말입니다.
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어떤 물체의 무게를 잴 때는, 보통은 지구 내부가 끌어당기는 힘의 작용(중력)을 이용한 용수철저울이나 가정용 저울 같은 ‘스프링식 지시 저울’을 사용합니다. 저울에 올려놓은 물체는 무게가 향하는 방향, 즉 지구가 물체를 끌어당기는 방향으로 스프링을 늘어뜨리거나 누르게 됩니다. 이때 그 힘의 정도를 가리키는 눈금으로 물체의 무게를 측정하는 것입니다.
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반면에 물체의 질량을 잴 때에는 간접적인 방법을 이용합니다. 각각의 질량 값을 갖고 있는 여러 분동을 이용해 측정하는 접시저울이 그것입니다. 한쪽 접시에 질량을 측정할 물체를 올려놓고, 반대편 접시에는 측정하려는 물체의 질량과 똑같은 질량의 분동들을 올려놓아 접시저울을 수평이 되게 하여 물체의 질량 값을 알아내는 방법입니다. 따라서 어떤 물체의 질량을 측정하려면 반드시 그 질량만큼의 분동을 맞상대로 두어야 합니다. 이것은 놀이터에서 시소를 타면서 양쪽 균형을 맞추어 무게를 가늠하는 것과 같은 원리입니다.

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마음에도 무게가 있을까요? 있다면, 그 무게는 저울로 측정되는 무게가 아니라 감정으로 느껴지는 무게일 텝니다. 그런데 마음이 무거우면 마치 무거운 짐을 등에 지고 있는 것처럼 마음이 힘들어집니다. 오늘도 무거운 마음으로 살아가는 세상 모든 이의 마음이 꽃잎처럼 가벼워지길 바랍니다. 그래서 어느 곳에서도 변하지 않는 질량처럼 세상 곳곳이 늘 평안해지면 좋겠습니다.

※ 필자 소개
윤병무. 시인. 시집으로 <5분의 추억>과  <고단>이 있으며, 동아사이언스에서 [생활의 시선]과 [때와 곳]을 연재했다.

[윤병무 시인 ybm1966@hanmail.net]