04_물리학의 언어(2)

벡터와 스칼라

물리학의 단어, 물리량은 크게 두 가지로 분류됩니다. 하나는 벡터량이고 또 하나는 스칼라량입니다.

벡터량(VECTOR)

어떤 물리량은 항상 방향과 크기를 함께 표현해야 하는 것이 있습니다. 물체의 '위치'가 바로 그런 물리량입니다. 예를 들어 우리집을 기준으로 학교의 위치를 설명한다고 해 봅시다.

다음 세 가지 설명 중 가장 정확한 설명은 어떤 것인지 한 번 골라 보세요.

  설명1. 학교는 우리집을 기준으로 동쪽에 있다.

  설명2. 학교는 우리집에서 500m 떨어져 있다.

  설명3. 학교는 우리집에서 동쪽 방향으로 500m 떨어져 있다.

당연히 가장 긴 설명이 가장 정확한 설명이겠죠? 맞습니다. 세번 째 설명이 학교의 '위치'라는 물리량을 가장 정확히 표현한 것입니다. 동쪽은 방향을 표현하고 500m는 크기를 표현하고 있습니다. 이처럼 어떤 물체의 위치를 표현하기 위해서는 반드시 방향과 크기를 함께 표현해야합니다. 이렇게 방향과 크기를 함께 표현해야 하는 물리량이 바로 벡터량입니다. 다른 식으로 표현하자면, 벡터량은 방향과 크기를 가진 물리량입니다.

대표적인 벡터량으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

▶ 벡터량: 힘, 가속도, 속도, 변위, 위치, 전기장, 자기장

참고로, 벡터량에서 방향은 당연히 공간상의 방향을 말합니다. 동, 서, 남, 북, 앞, 뒤, 위, 아래, 좌, 우, 수평 방향에 대해 30도 각도 등으로 표현할 수 있습니다. 물론 수학적으로 표현하면 더 간단히 표현할 수도 있습니다. 동쪽 방향을 (+)방향이라고 정하면 반대쪽인 서쪽 방향은 (-)방향이라고 말할 수 있습니다. 또는 위쪽 방향을 +y방향, 아래쪽 방향을 -y방향, 오른쪽을 +x방향, 왼쪽을 -x방향 등으로 표현할 수 있습니다.

스칼라량(SCALAR)

벡터량과는 달리 어떤 물리량은 크기만 표현해도 되는 물리량이 있습니다. 물체의 '질량'이 바로 그런 물리량입니다. 100g의 얼음을 설명하는 다음의 2가지 설명 중 어색한 것을 골라 보세요.

  설명1. 컵에 담긴 얼음의 질량은 동쪽 방향으로 100g이다.

  설명2. 컵에 담긴 얼음의 질량은 100g이다.

누가 봐도 어색한 설명은 첫 번째 설명입니다. 질량을 표현할 때에는 방향을 말할 필요가 없습니다. 아니, 질량이라는 물리량은 처음부터 방향 성분을 가지고 있지 않습니다. 이렇게 크기 성분만 가지는 물리량이 바로 스칼라량입니다.

대표적인 스칼라량으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

▶ 스칼라량: 에너지, 이동 거리, 속력, 온도, 질량, 시간, 전위

앞으로 여러분은 새로운 물리량을 배우게 될텐데 가장 먼저 그 물리량이 벡터량인지 스칼라량인지 확인해야 합니다. 그리고 방향과 크기를 어떻게 결정하는지 기억하면 됩니다. 방향과 크기를 결정하는 방법이 바로 물리량의 정의(뜻)입니다. 영어 단어의 뜻과 같은 것이죠.

즉, 물리량의 방향과 크기를 어떻게 결정하는 것인지를 아는 것, 그것이 바로 물리량을 이해하고 기억하는 것입니다. 이것이 물리학을 재미있게 공부하고 싶은 여러분이 해야 할 가장 필수적인 것입니다.