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온도의 단위는 네가지가 있습니다. 섭씨온도, 화씨온도, 켈빈온도, 랭킨온도 입니다. 우선 섭씨온도와 화씨온도에 관하여 알아봅니다. 물의 어는 점을 빙점이라 하며, 물의 끓는 점을 비점이라고 하는데 셀시우스라는 학자는 물의 빙점을 0(영)으로 하고 비점을 100(백)으로 두어서 각 1단위를 자신의 이름을 따서 섭씨1도라고 하였습니다. 즉, 각 눈금은 100등분이 되었다고 볼 수 있죠. 이에 반해 파렌하이트라는 학자는 물의 빙점을 32, 비점을 212로 보고 각 눈금의 1단위를 자신의 이름을 따서 화씨 1도라고 하였습니다. 각 눈금은 180등분이 되었다고 볼 수 있습니다.
여기서, 특정한 온도를 놓고 비교해보았을 때, 섭씨온도와 화씨온도가 일치하는 눈금은 약1.8배의 차이를 보이게 됩니다. 섭씨 1도는 화씨 1.8도와 일치한다고 볼 수 있습니다. 그래서 화씨온도는 섭씨온도에 1.8을 곱하여 얻을 수 있습니다. 32를 더해주는 이유는 화씨온도의 빙점이 섭씨온도의 빙점보다 32도가 높기때문에 섭씨온도에 32를 더해주는 것입니다. 따라서 섭씨온도를 화씨온도로 변환시켜주는 공식은 이와 같이 정리할 수 있습니다. 그렇다면 반대로, 화씨온도를 섭씨온도로 변환시키려면 어떻게 해야 할까요? 네, 32를 좌변으로 넘기고 1.8로 나누어주면 됩니다. 대부분 수험교재에서는 이 식을 오른쪽의 공식으로 이렇게 표현하는 경우가 많은데 이 공식으로 암기하실 때는 주의하실 것이 있습니다. 1.8은 9/5와 같은 값이기 때문에 좌측과 우측의 두 식은 같은 식입니다만, 우측의 식으로 나타낼때는 9/5가 아닌 5/9로 적어야 한다는 점입니다. 좌측의 식에서 1.8 대신 1.8과 같은 값인 9/5를 넣으면 번분수가 되기 때문에 우측의 식으로 나타내면 5/9가 됩니다. 즉, 우측의 식과 같이 계산할때는 9/5가 아니라 역수인 5/9를 넣어야 한다는 점, 주의하시기 바랍니다.
켈빈온도는., 섭씨온도에 273도를 더한 것과 같습니다. 절대온도를 구할때 문제에서 섭씨온도가 주어진다면 섭씨온도에 273을 더해준 상태에서 문제를 풀어야 하는 경우가 많으니 꼭 기억해야 합니다.
랭킨온도는 화씨온도에 460도를 더하 것과 같습니다.
지난 설명에서 힘의 단위를 알아보았습니다. 힘은 질량에 가속도를 곱한 것이죠. 유체역학을 처음 공부할 때 가장 중요한 단위이니 꼭 기억해야 합니다. 이것을 알파벳 약자로 정리하면 힘 F는 질량 m 곱하기 가속도 a 라고 할 수 있으며 F=ma라고 암기합니다. 질량의 단위는 키로그람이며 가속도의 단위는 미터퍼 세크 제곱이며 둘을 곱한 것이 힘의 단위이므로 키로그람미터 퍼 세크 제곱이 됩니다. 힘의 단위는 뉴턴이라고도 합니다. 뉴턴은 곧 힘을 나타내는 단위입니다. 1뉴턴은 10의 5승 다인이라고 바꿔 쓸 수 있습니다. 힘의 단위는 뉴턴이고 1뉴턴은 1키로그람 메타 퍼 세크 제곱인데 여기서 키로그람 대신 그람으로 미터 대신 센치미터 단위로 환산하여 적은 것이 다인입니다. 즉, 1키로그람대신 1000그람, 1미터 대신 100센치미터를 넣으면 10의 5승이 됩니다. 굳이 단위 환산과정을 이해하지 않더라도, 단위 자체를 묻는 문제가 종종 출제됨으로 1뉴턴은 10의 5승 다인과 같다는 것은 암기해두어야 합니다. 다시 정리하면 힘은 질량과 가속도의 곱이며, 여기서 질량은 키로그람, 가속도의 단위는 미터 퍼 세크 제곱이므로 둘을 곱한 키로그람 미터 퍼 세크 제곱이 힘의 단위입니다. 힘의 단위는 뉴턴으로도 표기할 수 있습니다. 1키로그람 미터 퍼 세크 제곱은 곧 1뉴턴이며 다인의 단위로 표기하면 10의 5승 다인이 됩니다. 절대단위와 중력단위의 차이점은 앞에서 설명하였으므로 생략합니다. 중력단위에서는 가속도 a 대신 중력가속도 g를 곱하여주면 됩니다. 중력가속도는 9.81정도의 값이지만 계산식에서는 9.8이라고 씁니다. 중력단위에서 힘의 단위 역시 절대단위와 같은 뉴턴단위이지만, 절대단위의 뉴턴보다 9.8배 큰 9.8뉴턴이라고 볼 수 있겠습니다.
일은 이러한 힘에 거리를 곱한 값으로 말하는데 단위는 줄을 사용합니다. 즉, 일이란 얼마의 힘으로 얼마의 거리를 이동했느냐를 말하며 단위는 줄이 됩니다. 따라서 일의 단위인 줄은 힘과 거리의 곱으로 쓸 수 있습니다.
일률은 시간당 한 일의 양을 말하므로 일을 시간으로 나눈 값이 됩니다. 문제에서는 와트보다는 키로와트 단위로 묻는 문제가 많다는 점 참고하시고, 마력의 단위를 일률로 바꿀때의 환산 값은 암기해두어야 합니다. 반대로 일률을 마력으로 바꿀때의 값도 암기해두어야 합니다.
1차시험과목 중 제1과목에서도 언급되는 BTU는 영국의 열량 단위를 일컫는 것인데 1BTU는 252칼로리를 의미합니다. 예를 들어서 70BTU는 몇 칼로리일까요? 네, 70 곱하기 252칼로리를 계산하면 됩니다. 70달러는 우리 돈으로 얼마인지 계산하는 과정과 비슷합니다. 1달러는 1200원이라는 기준이 되는 변환값을 기억해 두었다가 비교되는 값을 곱해주면 되겠습니다. 그렇다면 1칼로리로는 얼만큼의 일을 할 수 있을까요? 1칼로리는 4.2줄의 일을 할 수 있습니다. 이것을 열의 일당량이라고도 표현합니다. 반대로 1줄은 0.24 칼로리의 열을 낼 수 있습니다. 이것을 일의 열당량이라고 합니다.
부피는 곧 체적입니다. 1미터 삼승은 1000 리터와 같은 양이라는 것만 이해하고 넘어갑니다. 즉, 가로 세로 높이가 각 1미터인 네모난 박스 속에는 천리터의 물이 들어갈 수 있다는 의미입니다.
압력은 단위면적당 작용하는 힘을 말합니다. 소방수리학 (유체역학)에서 압력은 이 공식보다는 우측의 공식을 더 자주 사용하니 꼭 암기해두어야 합니다. 즉 압력은 비중량과 높이를 곱한 값으로 구할 수 있습니다. 문제에서는 높이라는 단어 대신 낙차, 또는 양정, 수두 값이 얼마라고 주어질 것입니다. 비중량은 밀도와 중력가속도를 곱한 값으로 구할 수 있습니다. 앞에서 배웠듯이 밀도는 로우, 중력가속도는 지라고 쓰기때문에 비중량 감마는 로우-지 라고 암기해두면 됩니다. 참고로 중량은 중량인데 비중량이라는 말은 무엇일까요? 체적은 체적인데 비체적이라는 말은 무엇일까요? 비짜는 견줄 비짜를 씁니다. 예를 들어서 조그만 우유팩 크기 속에 얼마의 물이 들어가는지를 알면 우리는 그에 견주어서 수영장 크기의 체적 속에는 얼마만큼의 물이 들어가는지 계산할 수 있습니다. 이때 수영장 크기의 체적을 알기 위해 우유팩 크기 만큼의 기준이 된 단위체적을 비체적이라 할 수 있습니다. 비중량 역시 어떠한 대상의 중량을 알기 위해 필요한 단위중량을 비중량이라고 할 수 있습니다. 따라서 비중량은 단위체적당 무게라고 할 수 있습니다. 이것은, 앞에서 배운 밀도의 단위와 같은데 여기에 지를 곱해 준 것이 비중량입니다. 물의 비중량 값은 알고 있어야 합니다. 여기서 비중의 개념이 나오는데, 비중이란 무게비를 말합니다. 고체나 액체에서는 무게비라고 하지만 기체상태와 같은 증기에서는 증기비중이라고 합니다. 무게의 비를 뜻하기 때문에 기준되는 물질의 무게 분의 측정대상이 되는 상대물질의 무게의 값을 말합니다. 여기서 기준물질이 고체나 액체라면 4도씨 상태의 물의 무게를 대입해주고 기체라면 기준기체의 무게를 대입해주면 됩니다. 대부분의 문제에서 기체는 공기라고 정의해주기 때문에 공기의 무게인 공기의 분자량 값을 입력해주면 됩니다. 참고로, 굳이 4도씨의 물이라고 하는 것은 4도씨 상태의 물이 다른 온도때보다 가장 무거워서 그런것입니다.
1atm라고 표기하는 1대기압은 수은을 가득채운 수조에서 수은으로 실험한 것을 기준으로 하는데 수은을 채운 유리관을 뒤집으면 수은이 내려가다가 76센치미터에서 멈추게 됩니다. 그래서 1대기압을 76센치미터라고 표현하며 수은으로 실험을 하였기때문에 수은의 약자 에이치지를 붙여서 1대기압은 76센치미터에이치지 라고 씁니다. 미리미터로 고치면 760미리미터에이치지라고 쓸 수 있겠지요. 10332라는 숫자가 나온 과정에 대한 설명은 생략하고 암기하도록 합시다. 여기서 미터단위를 센치미터로 표현하게되면 1미터 제곱은 10의 4승 센치미터가 되기 때문에 소수점 네자리를 당겨와서 1점 영삼삼이라고 표기하게 됩니다. 1미터는 100센치미터와 같은데 100센치미터를 제곱하면 10의 4승 센치미터가 되기 때문에 그렇습니다.
그외 대기압과 계기압, 진공압 등에 관한 내용은 제4과목에서 별도로 다루고 있으므로 여기서는 설명을 생략합니다.
점도는 액체의 끈끈한 정도를 말하며 이러한 성질을 점성이라고 합니다. 점성을 나타내는 점성계수는 기호로 뮤라고 쓰며 단위는 포이즈라고 씁니다. 1포이즈는 1그람퍼 센치미터 세크와 같으며 다인역시 그람을 기준으로 쓰는 단위이기때문에 1다인세크퍼 센치미터 제곱으로도 쓸 수 있으며 100센치포이즈라고도 쓸 수 있습니다. 저는 그냥 암기하였습니다. 동점성계수는 말그대로 액체가 이동할때의 점성을 말하는데 기호로는 뉴라고 쓰며 점성계수를 밀도로 나눈 값을 의미합니다. 단위는 스토크스를 쓰며 1스토크스는 1센치미터제곱퍼 세크와 같습니다.
비체적은 단위질량당 체적입니다. 기호로 나타내면 더블유 분의 브이로 쓸 수 있고 단위로 나타내면 키로그람 분의 미터삼승으로 쓸 수 있습니다. 비체적은 비중량과 역수 관계에 있습니다. 밀도와도 역수 관계에 있습니다. 비중량은 비체적과 역수의 관계에 있으므로 분모와 분수를 바꿔서 나타냅니다. 앞에서 배웠듯이 비중량은 밀도에 중력가속도를 곱한 값으로 표현할 수도 있습니다. 특히 압력을 기체상수 알과 온도 티의 곱으로 나눈값으로 쓸 수 있는데 여기서 이상기체상태방정식을 유도할 수 있게 됩니다. 이상기체상태방정식은 꼭 암기해두어야 합니다. 피브이는 엔알티라는 공식에서 엔은 몰수를 말하며 이 몰수는 분자량 분의 질량을 의미함으로 피브이는 엠분의 더블유알티라고 하는 공식을 자주 사용하게 됩니다. 여기서 브이와 엠은 바꿔서 쓰고 브이 분에 더블유에 대하여 정리하면 브이 분에 더블유는 알티 분에 피엠이라고 나타낼 수 있어서 이 브이 분에 더블유가 곧 비중량을 말하게 됩니다.
앞에서 언급했듯이 밀도는 부피 분의 질량이며 비체적과는 역수의 관계에 있습니다. 처음으로 유체역학을 접하시는 분이라면, 체적이 무엇이고 중량이란 무엇인지, 밀도란 무엇인지를 한번쯤 눈을 감고 생각해보시고 서로의 관계를 정리해보시기를 권장합니다. 수고하셨습니다.
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