질량

요약 어떤 물체에 포함되어 있는 물질의 양(量).

질량은 장소나 상태에 따라 달라지지 않는 물질의 고유한 양으로 접시저울이나 양팔저울을 사용하여 측정한다. 단위로는 kg, g, mg 등을 사용하며 1kg은 1000g이고 1g은 1000mg이다.

어떤 물체의 무게는 그 물체를 이루는 양,즉 질량에 따라 결정되므로 질량은 그 물체의 무게를 결정하는 물질의 양이라고 할 수 있다. 그러므로 같은 장소에서 무게는 질량에 비례한다. 저울은 무게가 질량에 비례한다는 사실을 이용한 질량을 측정하는 장치라 할 수 있다.

무게와 질량

무게는 지구가 물체를 잡아당기는 중력의 크기이므로 장소에 따라 달라진다. 달의 중력은 지구 중력의 1/6이므로 똑같은 물체일 경우 달에서의 무게는 지구에서 무게의 1/6이다.질량은 장소에 따라 변하지 않는 값이며 무게는 장소에 따라 달라진다.

역사적으로 질량의 크기를 결정하는 표준물체로 국제도량형총회에서 지정된 킬로그램원기(백금 90％, 이리듐 10％)가 사용되었다. 이 원기의 질량을 1㎏으로 정하여 질량을 비교하는 질량의 표준단위로 사용했으나, 인공적인 원기를 표준으로 삼을 경우 원기의 물리적 성질이 변할 수 있다는 우려가 지속적으로 제기되어 왔다. 이에 따라 2011년 열린 24차 국제도량형총회에서 이전까지 사용했던 '국제 킬로그램원기'를 폐지하고, 플랑크 상수를 이용해 새로운 정의를 도입할 것임을 밝혔고, 2018년 11월 열린 국제도량형총회에서 새로운 킬로그램의 정의를 의결했다. 그 내용은 다음과 같다.

"킬로그램은 kg을 그 기호로 하며 질량에 관한 SI 단위이다. 플라크 상수 h를 kg∙m²∙s^-1와 동등한 J∙s 단위로 표기할 때 6.626 070 15 × 10^-34의 고정값을 취하도록 정의되며, 미터와 초는 c와 Δν_Cs에 의해 정의된다."

킬로그램의 새로운 정의는 세계 측정의 날인 2019년 5월 20일부터 발효되었다.

관성질량과 중력질량

뉴턴역학에서 관성질량(慣性質量)이란 두 물체의 질량의 비(比)는 이것들이 서로 같은 힘을 받았을 때 생기는 가속도(加速度)의 역수의 비와 같다는 것으로 정의된다. 즉, 뉴턴역학의 제2법칙에 의한 운동의 법칙으로 정의되는 것이 관성질량이다. 반면 각각의 물체에 작용하는 지구의 중력의 비로서 정의되는 중력질량은 만유인력의 법칙을 사용하여 정의하는 질량이다.

특수상대성이론에 의하면, 물체가속도 v로 움직일 때의 질량 m은 정지질량을 m₀으로 했을때,

으로 주어진다. 여기서 c는 진공 중의 빛의 속도이다. 아인슈타인의 특수상대성원리에 의하여 질량 은 상수가 아니고,물체의 속도에 따라 변한다는 것이 밝혀졌다. 또한 이때의 에너지 E는 E＝mc²으로 주어지며, 이것은 질량이 에너지의 한 형태와 같다는 것을 나타낸다.