우리 일상에서는 ‘일’을 한다고 하면, 노트북으로 작업을 하거나, 공연 무대에서 노래를 부르는 것처럼 다양한 행위를 떠올립니다. 하지만 과학에서의 ‘일’(work)은 조금 다른 의미를 갖습니다. 그렇다면 과학적으로 ‘일을 한다’는 건 정확히 무슨 뜻일까요?
과학에서 말하는 ‘일’의 조건
과학에서는 물체에 힘을 가했을 때, 그 물체가 힘의 방향으로 이동했을 경우에만 ‘일을 했다’고 정의합니다. 다음 두 가지 조건이 충족되어야 합니다.
1. 힘을 가해야 한다.
2. 힘을 가한 방향으로 물체가 이동해야 한다.
예를 들어 무거운 박스를 앞으로 밀어서 10m 이동시켰다면, 이것은 ‘일을 한 것’입니다. 반면, 힘을 들여 벽을 밀었지만 벽이 전혀 움직이지 않았다면 ‘일을 하지 않은 것’으로 간주됩니다.
일의 계산 공식: W = F × S
과학에서 ‘일’은 힘(F, Force)과 이동 거리(S, Space)를 곱한 값으로 계산합니다.
- 공식: W = F × S
- 단위: 줄(J, Joule)
- 예시:
10N(뉴턴)의 힘으로 5m 이동시켰다면,
→ W = 10 × 5 = 50J
다양한 예시로 보는 ‘일’의 계산
✅ 예시 1: 농구공 들어올리기
- 힘: 1N
- 이동 거리: 2m
- W = 1 × 2 = 2J
→ 힘과 이동 방향이 같기 때문에 일을 함
❌ 예시 2: 움직이지 않는 벽 밀기
- 힘: 10N
- 이동 거리: 0m
- W = 10 × 0 = 0J
→ 물체가 움직이지 않았기 때문에 일을 하지 않음
❌ 예시 3: 우주를 날아가는 돌덩어리
- 이동 거리: 5m
- 가해진 힘: 0N
- W = 0 × 5 = 0J
→ 외부에서 힘을 가하지 않았기 때문에 일이 없음
과학적으로 본 ‘일’은 느낌이 아닌 계산이다
일상에서는 “정말 힘들게 일했다”고 말하지만, 과학에서는 힘이 작용한 방향으로 물체가 실제로 움직였는지가 더 중요합니다. 단순히 피곤하거나 시간이 오래 걸린다고 해서 ‘일’로 인정되지 않습니다.
이 점을 명확히 이해하는 것이 중학교 물리 단원 학습의 핵심입니다!
마무리 요약
| 조건 | 일 했다고 할 수 있나? |
|---|---|
| 힘을 가하고, 물체가 힘의 방향으로 이동 | ✅ 예 (일 함) |
| 힘을 가했지만, 물체가 움직이지 않음 | ❌ 아니요 (일 안 함) |
| 물체가 이동했지만, 힘을 가하지 않음 | ❌ 아니요 (일 안 함) |
