[FSCM KOR ver.] 파사드 구조 계산 매뉴얼 3.1 힘의 단위 편

 

들어가면서

 

결국 구조 계산의 목표는 부재에 작용하는 힘의 평형을 이루는 것이다. 그렇다면 각 부재에 어떤 힘이 작용하는 지를 알아야한다. 이 이야기는 본격적인 구조 계산에 직결되는 이야기들로, 그 전에 힘을 표현하고 읽는 단위에 대해서 알아보려고 한다. 건축 구조는 계산 공식을 이루는 단위의 상태들만 잘 파악해도 계산 개념을 잘 파악할 수 있기 때문에 단위를 세심하게 살펴보는 것이 구조 계산의 팁이라고 할 수 있다.

 

(1) 힘 (Force) 의 단위

 

힘의 국제 표준 단위는 N이라고 쓰고 "뉴턴"이라고 읽는다. 

 

ex. 1N, 9.8N 등

 

(2) 힘 (Force) 의 뜻

 

그렇다면 우리가 1N 이라고 쓴다면 그건 무엇을 의미하는 것일까? 학교 물리학 시간에 배운 아주 대표적인 공식을 하나 떠올려 보자.

F = ma (F=힘, m=질량, a=가속도)

 

위 공식의 단위만 먼저 살펴보자. 앞서 보았듯이 힘의 단위는 N, 질량의 단위는 우리가 익히하는 kg, 가속도의 단위는 m/s² 이다. 그럼 이 단위들의 조합을 말로 풀어보면 이런 뜻이다.

"1N 은 질량이 1kg 인 물체를 1m/s² 으로 가속시키는 힘."

 

(3) 무게와 질량의 차이

 

흔히 무게와 질량을 구별없이 혼용하고 있지만, 두 개념은 엄밀히 말해서 다른 개념이다. 질량은 어떤 물체가 가진 고유의 양을 뜻하며 이는 그 물체가 어떤 곳에 가던지에 관계 없이 항상 동일한 양이다. 예를 들어 어떤 물체의 원자 개수가 10 억 개라고 한다면, 그 물체가 달리는 차 안에 있던지, 달에 있던지에 관계 없이 원자 개수는 동일할 것이다.

 

그러나 무게는 다르다! 무게는 중량이라는 표현이 옳으며, 불변하는 질량의 값에 중력이 끼치는 영향력을 보여주는 것이다. 즉 우리가 말하는 무게는 어떤 질량 x 를 지구가 끌어당기는 힘이다. 앞서 살펴본 힘의 공식을 여기에 적용해보자.

 

무게 = 질량 * 중력가속도
무게(N) = kg * 9.8m/s²

9.8m/s² 은 여러 계산을 통해 얻어진 지구의 중력 가속도로, 무게는 질량에 지구의 중력 가속도를 곱한 값이다. 그렇다면 무게의 단위가 실은 N 이라는 것을 알 수 있다. 그러나 우리가 일상생활에서 구하는 물체의 무게는 같은 지구의 중력 가속도를 가지는 환경에서 구한 값이므로, 편의상 질량만을 가지고 비교하는 형태가 된 것이다.

 

그래서 질량이 1kg 인 물체를 9.8m/s² 으로 가속시키는 힘은 N 이외에도 특별한 단위를 가지고 있고, 이것이 kgF 이다.

결과적으로 이러한 식이 성립된다.

 

1kgF = 1kg * 9.8m/s²  = 9.8 N

1kgF = 1kg * 9.8m/s²  = 9.8 N

 

나가면서

 

지금까지 힘을 표현하는 단위에 대해서 알아보았다.  앞으로 많은 공식들이 등장할테지만, 그때마다 단위에 집중한다면 공식의 컨셉에 대해 보다 쉽게 이해할 수 있다. 다음 챕터 4 부터는 구조 해석과 계산, 설계 시에 실전적으로 필요한 응용된 개념들을 다뤄 보도록 하겠다.