비중 계산기: 밀도비와 부력
물질의 밀도를 물과 비교해 비중과 부력을 계산합니다. 질량과 부피를 입력하거나 밀도를 직접 입력하세요.
물질의 질량과 부피를 입력하거나 밀도를 직접 입력하세요. 정확한 물의 밀도를 위해 온도도 조정할 수 있습니다.
비중 계산기: 밀도비와 부력
물질의 밀도를 물과 비교해 비중과 부력을 계산합니다. 질량과 부피를 입력하거나 밀도를 직접 입력하세요.
비중 계산기 소개
비중(SG)은 상대밀도라고도 하며, 어떤 물질의 밀도를 기준 물질의 밀도와 비교하는 무차원 비율입니다. 보통 기준은 특정 온도의 물입니다. 공식은 간단합니다. SG = ρ_substance / ρ_water. 기준인 물은 4 °C에서 밀도가 약 1.000 g/cm³이므로, 두 값을 같은 온도에서 측정하면 비중의 수치는 g/cm³로 표시한 물질 밀도와 같아집니다.
물을 기준으로 삼는 이유는 풍부하고 정제하기 쉬우며 물리적 성질이 정확히 정의되어 있기 때문입니다. 국제 물과 증기 성질 협회(IAPWS)는 넓은 온도 범위에서 물 밀도를 계산하는 다항식 방정식을 제시합니다. 물의 밀도는 4 °C에서 최대인 1.000 g/cm³에 도달하고, 20 °C에서는 0.9982 g/cm³, 100 °C에서는 0.9584 g/cm³로 낮아집니다. 이 계산기는 표준 IAPWS 다항식을 사용해 지정한 온도에 맞는 물의 밀도를 적용합니다.
비중의 실용적 의미는 분명합니다. SG < 1인 물질은 물에 뜨고, SG > 1인 물질은 물에 가라앉습니다. 얼음의 SG는 약 0.917로, 빙산의 일부만 수면 위에 남는 이유입니다. 목재는 발사의 약 0.4부터 흑단처럼 1.0을 넘는 경우까지 다양합니다. 알루미늄(SG ≈ 2.70), 철(7.87), 납(11.34), 금(19.32) 같은 금속은 모두 빠르게 가라앉습니다.
공학에서는 비중이 수력 설계, 슬러리 운송, 공정 화학에 쓰입니다. 석유 공학에서는 원유 특성 평가에 사용하며 API 비중으로 측정합니다. 양조와 와인 제조에서는 비중계를 통해 발효 진행을 추적합니다. 보석학에서는 측정된 SG를 기준표와 비교해 미지의 보석을 식별합니다. 토목 공학에서는 콘크리트 배합 설계를 위해 골재의 SG를 시험합니다.
이 계산기는 두 가지 측정 방식을 지원합니다. 질량과 부피를 측정할 수 있는 시료가 있다면 두 값을 입력해 밀도를 구한 뒤 비중을 계산합니다. 이미 밀도를 알고 있다면——데이터시트, 공개 표, 이전 측정값 등——직접 입력해 질량-부피 단계를 건너뛸 수 있습니다. 온도 입력은 기준 물 밀도를 보정하기 위한 것으로, 온도에 따라 밀도가 변하는 액체끼리 비교할 때 특히 중요합니다.
부력은 비중의 실제 결과입니다. 아르키메데스의 원리에 따르면 물속 물체에 작용하는 위쪽 부력은 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같습니다. SG < 1이면 부력이 물체의 무게보다 커서 올라가고, SG > 1이면 물체의 무게가 부력보다 커서 가라앉습니다. 이 계산기는 비중 결과 바로 아래에 부력 판단을 표시해 한눈에 뜨는지 가라앉는지 확인할 수 있습니다.
비중 예시
20 °C에서의 대표 물질 질량, 부피, 밀도, 비중 예시입니다.
| 물질 / 조건 | 비중 | 메모 |
|---|---|---|
| 알루미늄 — 27.0 g, 10.0 cm³, 20 °C | SG ≈ 2.70 | 밀도 = 2.70 g/cm³. SG > 1이므로 알루미늄은 가라앉습니다. 강도 대비 무게비가 좋아 항공우주 분야에 널리 쓰입니다. |
| 에탄올 — 15.6 g, 20.0 cm³, 25 °C | SG ≈ 0.789 | 25 °C에서 밀도는 약 0.780 g/cm³입니다. SG < 1이므로 에탄올은 물에 뜹니다. 음료와 제약 산업에서 중요합니다. |
| 석영 — 26.5 g, 10.0 cm³, 20 °C | SG ≈ 2.65 | 밀도 = 2.65 g/cm³. 비중 측정 장비를 검증하는 표준 기준 물질입니다. |
| 구리 — 직접 밀도 8.96 g/cm³, 20 °C | SG ≈ 8.97 | 직접 밀도를 입력한 예시입니다. 구리는 즉시 가라앉습니다. 전기 전도성이 높아 전선에 사용됩니다. |
비중 계산기 사용 방법
- 물질의 질량(g)과 부피(cm³)를 입력하거나, 물질 밀도(g/cm³)를 직접 입력하세요. 둘 중 하나만 사용하면 됩니다.
- 측정 당시의 온도(°C)를 설정하세요. 계산기가 그에 맞게 물의 기준 밀도를 조정합니다.
- 계산을 누르면 비중, 물질 밀도, 그리고 물에 뜨는지 가라앉는지가 표시됩니다.
- 예시 버튼으로 알루미늄, 에탄올, 구리 값을 미리 채울 수 있습니다.
- 초기화를 누르면 모든 항목이 지워지고 새 측정을 시작할 수 있습니다.
비중 FAQ
비중과 밀도의 차이는 무엇인가요?
밀도는 질량을 부피로 나눈 절대값으로, 단위는 g/cm³ 또는 kg/m³입니다. 비중은 무차원 비율로, 물질의 밀도를 같은 온도 또는 기준 온도의 물 밀도와 비교합니다. 물을 4 °C 기준으로 삼으면 수치상 SG는 g/cm³로 표현한 밀도와 같지만, 개념적으로는 서로 다릅니다.
왜 온도가 비중에 영향을 주나요?
물질과 물 모두 온도에 따라 밀도가 변하기 때문입니다. 물의 밀도는 4 °C에서 최대(1.000 g/cm³)이며, 그보다 높거나 낮으면 감소합니다. 25 °C에서 측정한 액체를 4 °C의 물과 비교하면, 두 값 모두 25 °C에서 비교한 경우와 약간 다른 비중이 나옵니다. 온도를 명시하면 일관되고 재현 가능한 결과를 얻을 수 있습니다.
불규칙한 고체의 부피는 어떻게 측정하나요?
물 치환법을 사용하세요. 알려진 부피의 물이 담긴 눈금 실린더에 고체를 넣고 새로운 부피를 기록합니다. 그 차이가 고체의 부피입니다. 또는 고체를 실에 매달아 공기 중과 물속에서 각각 무게를 재면, 두 무게의 차이가 부력이 됩니다. 이를 통해 부피 = (공기 중 무게 − 물속 무게) / (ρ_water × g)로 구할 수 있습니다.
실제로 SG가 1보다 크다는 뜻은 무엇인가요?
SG > 1은 그 물질이 물보다 더 조밀하며, 정상 중력에서 물에 넣으면 가라앉는다는 뜻입니다. SG가 높을수록 재료는 더 조밀합니다. 예를 들어 납(SG ≈ 11.3)은 세라믹 타일(SG ≈ 2.3)보다 훨씬 빨리 가라앉습니다. 슬러리 운송 공학에서는 SG가 부유 고형물을 이동시키는 데 필요한 펌핑 에너지를 직접 결정합니다.
기체에도 비중을 사용할 수 있나요?
네, 하지만 기준이 바뀝니다. 기체 비중은 보통 물이 아니라 공기를 기준으로 측정합니다(15 °C, 1 atm에서 ρ_air ≈ 0.00120 g/cm³). 천연가스의 SG는 공기에 대해 약 0.55–0.80이며, 더 가벼워 실내로 방출되면 위로 올라갑니다. 이 계산기는 물을 기준으로 하는 액체와 고체에 최적화되어 있습니다.
비중은 석유 산업의 API 비중과 어떤 관련이 있나요?
API 비중은 API° = (141.5 / SG) − 131.5로 정의되는 다른 척도입니다. 여기서 SG는 60 °F(15.6 °C)의 물을 기준으로 측정합니다. 경질 원유가 API° = 40이면 SG는 약 0.825이고, 중질 원유가 API° = 20이면 SG는 약 0.934입니다. API 비중이 높을수록 더 가볍고 가치가 높으며 정제가 쉬운 원유를 뜻합니다.