개념 한 쪽
압력에는 완전진공을 기준으로 측정한 절대압력과 대기압을 기준으로 측정한 계기압력이 존재한다는 점을 명확히 이해해야 한다는 사실을 중심으로 설명한다.
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출제기준 단원 「절대압력/계기압력, 대기압」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 계기압력 정의 판단 | 1 | 계기압력의 정의와 기준이 무엇인지 가리기 |
| 부력으로 공기중 중량 구하기 | 1 | 물속 무게와 부력 관계로 공기 중 무게를 계산하기 |
| 부력으로 체적과 비중 구하기 | 1 | 공기중 무게와 수중 무게 차로 체적과 비중을 계산하기 |
절대압력은 완전한 진공을 기준으로 측정한 압력으로 정의된다는 점을 설명한다. 절대압력은 진공 상태에서의 기준값을 0으로 삼아 측정하므로 대기압을 포함한 전체 압력 크기를 나타낸다는 점을 밝힌다.
계기압력은 보통 사용하는 압력계가 대기압을 0으로 맞추어 표시하는 방식으로 측정되는 압력이라는 점을 설명한다. 즉 계기압력은 절대압력에서 그 지점의 대기압을 뺀 값으로 표현된다는 점을 분명히 한다.
관용적으로 계기압력은 현장에서의 측정값 기준이 대기압이라는 점 때문에 실무에서 자주 쓰이며, 계기압력과 절대압력은 간단한 차감식으로 서로 변환할 수 있다는 점을 정리한다. 변환 식은 계기압력 = 절대압력 − 대기압으로 쓰는 것이 핵심이라는 점을 강조한다.
대기압의 개념은 계기압력의 기준으로서 의미를 갖는다는 점을 덧붙인다. 압력계를 읽을 때 그 눈금이 대기압을 0으로 하고 있음을 떠올리면 계기압력의 의미를 직관적으로 이해할 수 있다는 점을 제시한다.
계기압력 정의 문제에서는 '계기압력 = 절대압력 − 대기압'을 알고 있으면 정답을 바로 고를 수 있다는 점을 안내한다. 보기에 절대압력 정의가 섞여 있거나 표준 대기압을 기준으로 한다는 표현이 등장하면 혼동 유발 선택지로 소거해야 한다는 점을 설명한다.
계기압력(gauge pressure)이란 무엇인가?
정답 ① · 계기압력의 정의를 묻는 기초 개념 문제이다. 계기압력은 대기압을 0 기준으로 삼아 측정한 압력으로, 절대압력에서 그 지점의 대기압을 뺀 값에 해당한다.
계기압력은 대기압을 기준으로 측정된 압력으로, 절대압력에서 대기압을 뺀 값이다.
체적 2x10⁻³ m³ 의 돌이 물속에서의 무게가 40 N 이었다면 공기중에서의 무게는 몇 N 인가?
정답 ③ · 물속에서의 무게가 주어졌을 때 공기중에서의 무게를 부력을 이용해 구하는 문제이다. 아르키메데스 원리에 따라 부력은 체적과 액체의 밀도, 중력가속도의 곱으로 계산된다.
아르키메데스 원리에 따라 부력=체적×물밀도×g이므로 공기중 무게=물속무게+부력이다.
어떤 물체의 공기 중에서 잰 무게는 590 N이고 이것을 수중(水中)에서 잰 무게는 108 N이였다. 이 물체의 체적과 비중은? (단, 여기서 공기의 무게는 무시한다.)
정답 ② · 공기 중 무게와 수중 무게로부터 부력을 이용해 물체의 체적과 비중을 구하는 문제이다. 부력은 두 무게의 차이로 B = 590 - 108 = 482 N이고, 부력은 배제된 물의 무게와 같으므로 체적은 V = 482/(1000 × 9.8) ≈ 0.049 m³이다.
부력=공기중무게-수중무게=482N, 체적=부력/물밀도g, 비중=공기중무게/부력.
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