일이란 무엇인가?
일반인과 공돌이의 차이
우리가 두번째로 볼 내용은 바로 '일'에 대한 개념이다.
우리는 항상 '일'을하며, 그 노력에 의한 보상을 받는다. 우린 때로 노력과 일을 동일시 하기도 하여, 딱히 성과나 변화가 없을지라도 노력을 기울였으면 일을 하였다고 생각하기도 한다.
공학에서의 일은 조금 더 냉정하며, 일반적으로 생각하는 일이랑은 조금 다르다.
일이란 무엇인가?
그리스·로마 신화에 나오는 아틀라스는 항상 하늘을 들고 있는 신이다. 왜 그렇게 열심히 하늘을 들고 있는지는 모르겠지만 그 덕분에 하늘은 오늘도 무너지지 않고 우리 머리 위에 걸려있는 듯하다. 어떤 사람이 그를 보고 일도 안 하고 맨날 가만히 놀고 있다고 할 수 있을 것인가.
그림1. 아틀라스와 하늘하지만 과거 누군가가 "아틀라스가 하고 있는 일은 0!"이라고 외쳤다. 바로 영국의 물리학자인 제이스 프레스코트 주울(James Prescott Joule)이었다.
주울에 의하면 '일'은 '힘'과 '이동거리'의 곱이다.
아래의 예시를 보자.
당신 앞에는 200kg의 무거운 통나무가 놓여있으며 당신을 포함한 총 10명이 함께 이를 옮겨야 한다.
모든 사람의 신체 조건은 동일하다고 가정한다.
그림2. 통나무 옮기기가장 공평한 방법은 10명이 20kg의 무게를 분담하여 옮기는 것이나 결국 누군가는 농땡이를 피게 된다. 만약 당신이 꾀를 부려 힘을 주는 척만 하고 통나무에 손만 올려 같이 100m를 움직였다면, 설사 이동거리가 있다고 하더라도 힘을 주지 않았기 때문에 실제로 당신이 한 일은 0이다.
만약 10명이 전부 꾀를 부려 1kg의 무게씩만 들려는 꿍꿍이가 있다면, 어쨌든 다 같이 힘은 주었지만 통나무는 전혀 움직이지 않을 것이다. 어쨋든 힘을 주긴 했지만 이동거리가 0이므로 당신이 한 일은 0이다.
즉 공학에서 일은 '힘'과 '이동거리'가 모두 필요하며 힘을 많이 줄수록, 많은 거리를 이동할수록 많은 일을 한 것이다.
이를 간단한 수식으로 나타내면,
일[J] = 힘[N] × 이동거리[m]
로 나타낼 수 있다. 일의 단위는 제임스 프레스코 주울의 이름을 따서 '주울[J]'이다.
주울[J] 단위는 뉴턴·미터[N·m]와 같다.
즉, 아틀라스는 '힘'을 주어 하늘을 떠받치고 있지만, 단지 들고만 있을 뿐 '이동거리'는 없으므로 실제로 한 '일'은 0이다.
아틀라스에겐 통탄할 일이 아닐 수 없다.
