1-6. 국제단위계(System International Unit)에서 다음에 대하여 설명하시오.1) 기본단위 및 보조단위2) 유도단위 ① 힘(Force) ② 압력(Pressure) ③ 일(Work) ④ 동력(Power)

국제단위계(Systeme International d'Unites, SI)는 전 세계적으로 통일하여 사용하는 측정 단위 체계입니다. SI 단위는 기본 단위, 유도 단위로 구성됩니다. 과거에는 보조 단위라는 분류도 있었으나, 현재는 유도 단위에 포함되어 관리되고 있습니다.

1) 기본단위 및 보조단위

• 기본단위 (Base Units): 국제단위계를 구성하는 가장 기초가 되는 단위로, 물리량의 차원을 독립적으로 나타냅니다. 현재 7개의 기본단위가 있습니다. 각 단위는 물리적인 상수를 기반으로 정의됩니다.
  • 길이: 미터 (meter, m)
  • 질량: 킬로그램 (kilogram, kg)
  • 시간: 초 (second, s)
  • 전류: 암페어 (ampere, A)
  • 열역학적 온도: 켈빈 (Kelvin, K)
  • 물질량: 몰 (mole, mol)
  • 광도: 칸델라 (candela, cd)
• 보조단위 (Supplementary Units): 과거에는 기본단위와 유도단위 사이의 분류로 평면각의 라디안(radian, rad)과 입체각의 스테라디안(steradian, sr)이 있었습니다. 그러나 1995년 국제도량형총회(CGPM)에서 보조단위의 개념을 폐지하고, 라디안과 스테라디안을 무차원(dimensionless)의 유도 단위로 재분류하였습니다. 따라서 현재 SI 단위계에는 기본단위와 유도단위만이 공식적으로 존재합니다.

2) 유도단위 (Derived Units)

유도단위는 기본단위들을 물리 법칙에 따라 대수적인 관계식으로 조합하여 나타내는 단위입니다. 기본단위의 곱셈이나 나눗셈을 통해 정의되며, 특정 물리량에 대해서는 고유한 명칭과 기호가 부여되어 사용됩니다.

주요 유도단위는 다음과 같습니다.

• ① 힘(Force)
  • 개념: 물체의 운동 상태(속도, 방향)를 변화시키거나 변형을 일으키는 원인입니다. 뉴턴의 제2법칙(F = ma)에 따라 질량과 가속도의 곱으로 정의됩니다.
  • SI 단위: 뉴턴 (Newton, N)
  • 기본단위로 표시: 질량(kg)과 가속도(m/s²)의 곱이므로 1 N=1 kg⋅m/s2 입니다.
• ② 압력(Pressure)
  • 개념: 단위 면적당 수직으로 작용하는 힘의 크기입니다. 압력(P) = 힘(F) / 면적(A)으로 정의됩니다.
  • SI 단위: 파스칼 (Pascal, Pa)
  • 기본단위로 표시: 힘(N)을 면적(m²)으로 나눈 것이므로 1 Pa=1 N/m2=1 kg⋅m/s2/m2=1 kg⋅m−1⋅s−2 입니다.
• ③ 일(Work)
  • 개념: 물체에 힘을 가하여 힘의 방향으로 이동시켰을 때 한 일의 양입니다. 일(W) = 힘(F) × 이동 거리(d)로 정의됩니다. 에너지와 같은 차원을 가집니다.
  • SI 단위: 줄 (Joule, J)
  • 기본단위로 표시: 힘(N)과 이동 거리(m)의 곱이므로 1 J=1 N⋅m=1 (kg⋅m/s2)⋅m=1 kg⋅m2⋅s−2 입니다.
• ④ 동력(Power)
  • 개념: 단위 시간당 한 일의 양 또는 단위 시간당 에너지의 전달률입니다. 동력(P) = 일(W) / 시간(t)으로 정의됩니다.
  • SI 단위: 와트 (Watt, W)
  • 기본단위로 표시: 일(J)을 시간(s)으로 나눈 것이므로 1 W=1 J/s=1 (kg⋅m2⋅s−2)/s=1 kg⋅m2⋅s−3 입니다.

이 외에도 헤르츠(Hz, 주파수), 쿨롱(C, 전하량), 볼트(V, 전압), 옴(Ω, 전기 저항) 등 다양한 유도 단위가 있으며, 이들 모두 7개의 기본단위 조합으로 표현될 수 있습니다.