파스칼
SI 유도 단위 · 양: 압력, 기계적 응력
01 · 정의
일 뉴턴의 힘이 일 제곱미터에 고르게 퍼져 만들어 내는 압력. 단위는 아주 작다. 우리를 둘러싼 대기가 십만 파스칼이다.
파스칼이 작은 것은 흠이 아니라 체계를 정직하게 세운 결과다. 뉴턴과 미터로, 끼워 맞추는 계수 없이 짜였다. 실무는 접두어로 꾸려 간다. 일기 예보에서는 헥토파스칼, 환기에서는 킬로파스칼, 유압에서는 메가파스칼, 재료학에서는 기가파스칼. 이 양의 가장 중요한 성질은 다른 데 있다. 압력은 힘이 아니라 그 힘이 얼마만 한 넓이에 실렸는가에 달려 있다. 같은 여자가 뾰족구두로는 마루에 자국을 남기고 운동화로는 아무 흔적도 남기지 않는다. 딛는 넓이가 이백 배 다르기 때문이다.
정지한 액체에서는 압력이 모든 방향으로 똑같이 전해진다 — 바로 이것을 파스칼 자신이 발견했다. 여기서 유압 프레스가 나온다. 작은 피스톤은 손으로 누르고, 큰 피스톤에서는 같은 압력에 더 큰 넓이를 곱한 만큼 수십 배의 힘이 나온다. 자동차 잭도, 브레이크도, 어떤 프레스도 이 규칙으로 산다. 같은 규칙이 그릇 바닥의 압력이 기둥의 높이에만 달려 있고 그릇이 좁은지 넓은지에는 달려 있지 않은 까닭도 설명한다.
02 · 환산
파스칼, 바, 기압, 수은주밀리미터
어느 분야도 파스칼을 그대로 쓰지 않는다. 기상은 헥토파스칼로 세고, 타이어 쪽은 바로, 의사는 수은주밀리미터로, 미국 기술은 제곱인치당 파운드로 센다.
표준 기압은 정확히 십만 천삼백이십오 파스칼로 정해져 있다. 높이 칠백육십 밀리미터의 수은 기둥이 영 도에서 표준 중력 가속도 아래 미치는 압력이다. 공학 기압은 다른 것으로, 제곱센티미터당 킬로그램힘, 구만 팔천육십육 점 오 파스칼이다. 차이는 삼 퍼센트이며 옛 소련 기계 명판에는 둘 다 나온다.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| Pa | 파스칼, SI 단위 | 101325 | 물리 계산 |
| hPa | 헥토파스칼 | 1013 | 일기 예보 |
| kPa | 킬로파스칼 | 101.33 | 환기, 의학 |
| MPa | 메가파스칼 | 0.1013 | 유압, 강도 |
| GPa | 기가파스칼 | 1.013·10⁻⁴ | 재료의 탄성 계수 |
| N/m² | 제곱미터당 뉴턴 | 101325 | 파스칼과 같은 것 |
| bar | 바 | 1.01 | 기술, SI 이전의 기상 |
| atm | 표준 기압 | 1 | 화학, 기준 조건 |
| at | 공학 기압, kgf/cm² | 1.03 | 소련 기계 명판 |
| mmHg | 수은주밀리미터, 토르 | 760 | 의학, 진공 기술 |
| psi | 제곱인치당 파운드 | 14.7 | 영어권 기술 |
| Ba | 바리, CGS 단위계 | 1013250 | SI 이전의 음향학과 물리학 |
제곱미터당 뉴턴과 파스칼은 하나이며 같고, 차이는 표기뿐이다. 헥토파스칼은 수치로 밀리바와 같아서, 기상학자들이 SI로 옮길 때 익숙한 숫자를 바꿀 필요가 없었다
03 · 크기의 차수
가속기의 진공에서 태양의 속까지십만 천삼백이십오 — 해수면의 기압
04 · 측정 기기
압력은 무엇으로 재는가
단면이 타원인 속 빈 관을 활 모양으로 감은 것으로, 압력을 받으면 펴지려 하고 그 움직임이 지레를 거쳐 바늘에 전해진다. 1849년에 발명되어 그 뒤로 거의 변하지 않았다. 어떤 압축기에도 가스통에도 붙어 있는 것이 바로 이것이다.
공기를 빼낸 주름 상자가 대기를 따라 오므라들고 부푼다. 용수철이 찌그러지지 않게 막아 준다. 수은 한 방울도 쓰지 않는 기기라서 아네로이드, 곧 액체 없는 것이라 불린다.
실리콘에 식각한 막이 몇 마이크로미터 휘고, 그 안에 심긴 저항이 값을 바꾼다. 이런 센서는 전화기에도 자동차에도 기상 관측소에도 들어 있으며, 바늘식 압력계보다 값이 싸다.
낮은 압력에서는 휘게 할 막이 더는 없어 다른 방식으로 잰다. 달군 선에서 빠져나가는 열로 재는 것이다. 기체가 묽을수록 열을 나르지 못하고, 가열 전력으로 압력을 파스칼의 천분의 일까지 헤아린다.
05 · 표기 규칙
P는 대문자, a는 소문자
기호는 성에서 왔으므로 대문자로 시작하고 두 번째는 소문자다: Pa. 접두어는 띄어쓰기 없이 붙여 쓰며, 킬로는 소문자, 메가와 기가는 대문자다: kPa, MPa, GPa. 러시아어 기호는 Па이다.
소문자 m은 밀리를 뜻하므로 mPa라 쓴 메가파스칼은 밀리파스칼이 된다 — 십억 배의 잘못이다. 셋째 예는 불완전하다. 기술에서는 거의 언제나 대기압에서 센 계기압을 적으므로, 표시가 없으면 숫자는 두 갈래로 읽힌다. 절대압은 a로, 계기압은 g로 적으며, 영어 문서에서는 psia와 psig로 보인다.
06 · 이웃 단위
바는 기압에 가까워 편하고, 기압은 수은 기둥에 매여 있으며, 파스칼만이 체계에서 끼워 맞춤 없이 나온다.
십만 파스칼
제곱미터²당 뉴턴
수은 760 mm
Simetrium의 이웃 자료표에서는: 뉴턴, 파스칼은 그것들로 지어졌다, 바 와 기압 같은 쓰임의 SI 밖 단위로서, psi 영어권 기술을 위해, 그리고 수은주밀리미터 의학을 위해.
07 · 역사 부문
공기에 무게가 있음을 어떻게 알았는가
갈릴레이의 제자가 수은을 채운 관을 막고 접시에 엎었다. 기둥은 칠백육십 밀리미터까지 내려가 멈췄다. 그 위에는 빈 공간이 남았고, 과학은 그때까지 그것을 있을 수 없는 일로 여겼다.
블레즈 파스칼은 매형에게 기압계를 오베르뉴의 화산 꼭대기로 지고 가 달라고 청했다. 수은 기둥은 팔 센티미터 내려갔다. 산 위의 공기는 골짜기 위보다 약하게 누른다. 곧 대기에는 무게가 있다.
기술자들은 제곱센티미터당 킬로그램힘으로 셈했고, 기상학자들은 바와 밀리바를 들여왔으며, 의사들은 수은주밀리미터에 남았다. 같은 압력계가 나라마다 다른 눈금을 달고 있었다.
제14차 국제도량형총회가 이 단위에 고유한 이름을 주었다. 체계 안에는 육십 년부터 있었는데도 그랬다. 기상 쪽은 헥토파스칼로 아프지 않게 옮겨 갔다. 수치로 밀리바와 같기 때문이다.
절대압, 계기압, 그리고 계기가 보여 주는 값
거의 모든 압력계는 압력이 아니라 차이를 잰다. 관 안과 밖의 차이다. 그래서 바람 빠진 바퀴는 안에 공기가 있는데도 영을 가리키고, 가정용 혈압계는 대기의 칠백육십 위에 백이십 밀리미터를 얹어 준다. 절대압은 대기압을 더해 얻으며, 기체의 상태 방정식에 들어가는 것도 바로 그것이다. 두 기준을 뒤섞는 일은 지금도 열 계산에서 가장 흔한 잘못이다. 수은 기둥에는 따로 미묘한 점이 있다. 높이가 수은의 밀도에, 밀도가 온도에 달려 있어 정의는 영 도와 표준 중력 가속도를 못 박는다. 의학은 이 보정을 넘기지만 계량학은 넘기지 않으며, 오늘날 압력의 일차 표준은 수은이 아니라 압력 저울 위에 세워진다. 넓이를 정밀하게 잰 피스톤에 질량이 알려진 분동을 얹어 압력을 정하는 방식이다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
파스칼 자료표가 열려 있음SI 기본 단위
테라코타 색은 킬로그램, 미터, 초. 파스칼은 이것들로 짜인다SI 밖의 단위
테라코타 색은 다른 단위계의 압력 단위자료표 언어
36개 언어. 기호 Pa는 국제적이지만 생활에서 익은 단위는 다르다. 유럽 일기 예보는 헥토파스칼, 미국은 수은주인치, 러시아는 수은주밀리미터를 쓴다.