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물리학의 대상

물리학은 자연과학 중에서는 기본적인 학문으로서 자리를 잡고 발달해 왔다. 현재는 많은 분야로 갈라져, 원자·분자·전자 등 미크로한 물리학으로 발전하고 있다. 뿐만 아니라 다른 학문과의 관련, 일상 생활에의 응용 등 현대인에게는 빼놓을 수 없는 학문이다. 인간의 심리·정서·역사, 그리고 인간집단이 만들어내는 사회 기구 등을 연구 대상으로 하는 것을 인문과학이니 사회과학이니 하는 것에 대해, 자연계의 여러 현상 일반을 연구 대상으로 하는 학문을 자연과학이라 부르고 있다. 자연과학 중에서 동물·식물을 연구하는 것을 생물학이라 하며, 이 생물학 중에서 특히 인간을 과학적 입장에서 정밀하게 조사하고, 나아가 질병의 원인을 근절할 의도를 갖는 학문이 의학 또는 약학이다. 이에 대하여 비(非)생물계인 자연과학은 크게는 다음의 세 가지로 분류하고 있다. 물질의 변화와 그 여러 성질을 조사하는 것을 화학, 지구의 위와 지구 내부의 여러 현상, 그리고 천체와 우주 공간까지를 연구하는 학문을 지학(地學)이라 하며, 자연 현상의 기초가 되는 법칙과 물질을 작게 나누었을 때의 최종적인 요소를 추구하는 학문을 물리학이라 한다.

고전물리학

古典物理學 물리학의 기초적인 교육에 있어서는 고전물리학이 그 대부분을 차지하고 있다. 고전물리학 중에서 가장 기본적인 분야는 역학으로, 속도·가속도와 같은 운동학적 개념에 질량·힘 등의 역학적인 개념이 합쳐져서 운동의 법칙이 구성된다. 특히, 운동량의 보존과 역학적 에너지의 보전 법칙은 물리학의 기본이 되는 중요한 법칙이다.

양자물리학

量子物理學 물질은 분자·원자·전자와 원자핵으로 이루어져 있는데, 이와 같은 작은 입자의 모임으로서의 물리적 여러 현상을 연구하는 것을 미시물리학이라 한다. 이에 대해 고전물리학은 거시물리학이라 한다. 기체의 온도나 압력 등의 성질을 그대로 설명하는 것이 거시적인 입장인데, 이것을 기체의 분자 운동이라 생각하면 미시적 입장이 된다. 오늘날, 결정구조·진공관·반도체·원자구조 등은 미시적 입장에서 연구되고 있다. 극히 작은 입자에 대해서는, 양자역학이라 불리는 특별한 이론이 필요하기 때문에 이것들을 양자물리학이라고 부르기도 한다.

길이의 단위

길이·시간·무게·온도 등 갖가지 물리량 중에서 가장 간단하게 측정되는 것이 길이이다. 길이에 대한 단위가 필요하게 된 원인의 하나는 농경지나 거주지의 경계선을 확정하기 위해서였을 것이다. 현재 영국과 미국 등에서는 관례적으로 푸트가 사용되고 있는데, 이는 사람의 발길이에 유래하고 있다. 고대의 문명이 발달한 지방에서의 단위도 오늘날의 푸트와 같은 정도였을 것이다. 그 이유는 기구가 없더라도 걸음으로써 간단히 측정할 수 있다는 점과, 택지나 농경지 따위는 푸트를 단위로 하여도 무방하기 때문이었을 것이다. 한편, 우리나라를 비롯한 중국·일본 등은 예부터 '척'으로 길이의 단위로 삼아 왔으나 현대에는 계량법에 의거, 미터법을 사용하고 있다.

미터법

meter法 근대 사회에 이르러, 나라마다 계량 단위가 다르다는 것은 바람직하지 않다는 여론이 높아졌다. 1790년에 프랑스에서 미터가 입안되었는데, 그로부터 85년 후인 1875년에는 프랑스 외에 미국·영국·독일 등 16개국 사이에 처음으로 미터 조약이 체결되었다. 1m의 길이를 정확하게 정하기 위해 프랑스에서는 다음의 3가지 초안이 제기되었다. ① 위도 45˚의 지점에서, 왕복의 시간(주기)이 2초가 되게끔 진자의 길이를 1m로 한다. ② 적도 길이의 4000만분의 1로 한다. ③ 파리를 통과하는 자오선의, 북극에서 적도까지의 길이의 1000만분의 1로 한다. ①은 길이를 정하는데 있어 시간이라는 성질이 다른 요소에 의지하는 것은 바람직하지 않다고 하여 부결되었고, ②는 적도하에 문명국이 없어서 적당한 관측소를 설치하기 어려워서 제외되었다. 결국 1m의 결정은 ③에 따르게 되었다.

길이로 판독하는 물리량

물리학에 있어서는, 그 대상이 되는 양은 각양각색으로, 이것들을 통틀어서 물리량이라 부른다. 물리량에는 길이·면적·체적·질량(실제로는 무게), 밝음(광도나 조도), 소리의 강함과 높이, 온도 및 전류와 전앙 등이 있다. 이와 같은 갖가지 물리량을 정확하게 측정하기 위해서는 그 양의 크고 작음을 길이로 바꾸어서 표시하는 경우가 많다. 예를 들면, 힘은 용수철의 탄성으로, 온도는 액체 등의 열팽창으로, 전류·전압은 전류에 의해 생기는 자계(磁界)를 이용, 바늘의 움직임으로 표시된다. 대기압 등도 진공의 관 속에 있는 수은의 높이, 즉 길이로 직접 판독할 수가 있다. 물체의 체적은, 용기에 물을 가득 채우고 이것에 물체를 가라앉혀서 넘치는 물의 체적을 메스실린더로 측량하면 된다. 이 방법은 기원전에 아르키메데스가 발견한 것으로, 결국은 길이로 대치함으로써 물체의 체적을 측정하고 있는 것이다. 물에 뜨는 물체의 무게도 넘치는 물의 무게로 측정이 가능하다.