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| [일반][RE]100톤짜리 흰수염 고래도 물에 떠다닐 수 있지요. |
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글쓴이 김형란 등록일 2001-10-24 10:36 조회수 1,362 |
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그냥 보면 무거워 보이고 실제 들어보아도 엄청 무거운 물건들이 물에 뜰 수 있는 이유는
바로 부력(buoyancy) 때문이에요.
몇십만톤씩 되는 원유를 실은 유조선이 바다위를 항해할 수 있는 것도 이 '부력' 때문입니다.
'부력'이란 간단히 '뜨는 힘'이라고 할 수 있어요.
자연계의 '힘'의 원리는 아주 간단하고도 냉엄하지요.
끄는 힘은
힘이 센 쪽으로 끌리게 되어 있고
미는 힘은
힘이 센쪽에서 미는 방향으로 밀리게 되어 있어요.
'부력'이라는 힘은
유체(fluid) 속에 있는 물체가 유체로부터 받는
'위로 밀어내는 힘'이에요.
그럼 또 '유체'가 무엇인지 알아야겠지요?
유체(fluid)란
액체(liquid)나 기체(gas)처럼 분자(molecule)들이
자유롭고 불규칙하게 움직일 수 있어서
힘을 가하면 쉽게 출렁거리는(유동) 물질을 말해요.
고체(solid)의 경우
원자(atom)나 분자들이 강한 힘으로 묶여져셔
규칙적으로 배열되어 있기때문에
일정한 모양을 유지하고 있는 반면,
유체는 일정한 모양을 갖고 있지 않아요.
모래속에 주먹을 밀어 넣는 것은 힘들지만
물속에 주먹을 밀어 넣는 것은
'식은 죽 먹기' 지요.
물은 쉽게 밀려나지요.
하지만 '물'을 '물'로봐서는 큰 코 다칩니다.
물속에 어떤 물체를 넣으면
<물체가 물에 잠기는 '부피'(volume)>만큼의 물이 밀려나게 되지요.
물이 가득찬 욕조속에 몸을 담글 때
몸의 부피만큼의 물이 욕조 밖으로 밀려나는 경험을 생각하시면
쉽게 이해되실거에요.
같은 욕조라도 체구가 크신 분이 들어가시면
더 많은 물이 밀려나겠지요.
물체를 물속에 넣으면
물체에 의해 밀려난 물들의 응징(^^;)이 시작됩니다.
유체속에 물체를 넣으면
유체에 접해있는 물체의 표면(surface) 에
유체로부터 사방에서 압력(pressure)이 작용하게 되는데
이 압력들의 합력(resultant force)이 바로
'부력'이에요.
공을 물 속에 집어 넣으려고 해보세요.
억지로 집어 넣을 수는 있지만,
손을 떼면 바로 공이 튀어오르지요.
물을 밀치며 물속에 들어간 공의 표면에
사방에서 '힘'이 작용하는데
그 힘의 방향은
사방에서 작용하는 힘의 합력의 방향인 '위'방향이고,
그 힘의 크기=공이 밀쳐낸 물의 부피만큼의 물의 무게(weight)
와 같아요.
물보다 훨씬 가벼운 공기가 가득 든 탱탱볼과 물의
밀어내기 한판,
게임이 안되지요.
단위 부피에 해당하는 물질의 질량(mass)을
밀도(density)라고 하는데,
물과 물속에 넣은 물체와의 밀어내기 한판의 승부는
이 밀도에 의해 결판이 납니다.
물보다 밀도가 작은 물체는
물에 뜨고,
물보다 밀도가 큰 물체는
물에 가라앉게 됩니다.
같은 부피를 비교해보았을 때
물보다 엄청 무거운 금속재료들로 만들어진 '배'가
물에 뜰 수 있는 것은
바로 배의 내부에 있는,
물보다 훨씬 가벼운 '공기'때문이지요.
배와 같은 부피의 그냥 강철 덩어리를 물에 넣는다면 당연히
물속으로 수우우우욱~ 가라앉아서 바다밑까지 내려가겠지요.
배의 외부는 무거운 쇠로 이루어져 있지만
갑판 밑의 부분에는 공기만 들어있는 텅~ 빈 공간이 있어서
아무리 큰 배라도 물에 떠서 항해할 수 있어요.
즉,
어떤 물체가 물에 뜨고 안 뜨고는
물체의 총중량이 중요한 것이 아니라
같은 '부피'에 해당하는 물과 물체의 질량의 비가
중요한 개념이 되는 것이지요.
'비중'(specific)이라는 것이
바로, 같은 부피의 물질의 질량과 물의(4도씨일 때의) 질량과의 비를 말합니다.
물고기들도 '부레'라는 것이 있어서
부레속의 공기의 양을 조절하여
물속에서 상하이동을 할 수 있어요.
호박을 물에 넣으면
호박의 무게가 물을 누르는 힘과
호박의 표면에 작용하는 물의 압력 즉, 부력(= 호박이 밀쳐낸 물의 부피에 해당하는 물의 무게)이 평형( equilibrium )을 이루는 선에서
잠기는 부분과 뜨는 부분으로 나누어집니다.
몸에 힘을 빼고 물에 편안~히 누워 있으면
몸이 물에 뜨게 되는데
어느 정도 뜨는가는 그 사람의 근육과 피하지방의 비율에 달려 있습니다.
피하지방, 쉽게 말해 '기름'은 물보다 가벼우니까
똑같이 힘을 확실히 빼고 위와 같은 자세를 취했을 때
피하지방의 비율이 많은 사람이
수면위로 노출되는 부분이 더 많아집니다.
수영장에서 한번 해보세요.
귀선까지 얼굴이 드러나는 사람도 있고
콧구멍 두 개만 겨우 나오는 사람도 있을거에요.
종환엄마님의 글입니다.
> 런투리드책에보면 (제목이 호박과 관련된 책이었는데.. 기억이 잘 안나네요) 아이들이 노란호박을 물에 띄우는 사진이 나오구요.
> 호박이 뜬다고 되어있거든요..
> 보기엔 엄청 무겁고 들기에도 엄청 무거운 호박이 물에 뜰까?
> 하는생각끝에 수박도 물에뜬다는 생각이 나네요.
>
> 왜 그런지 좀 알려주세요.
>
> 형편없는 제 검색실력으로는 아무리 찾아봐도 대답을 못찾겠네요.
> 언젠가 아이들의 왜? 라고 묻는 질문에 대한 답을 알수있는곳 이라는 사이트를 본것 같은데 혹시 아시는분 좀 가르쳐 주세요.
>
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