물 위에 어떻게 뜨는거야? (부력)
이 시간을 위해 지금까지 달려왔습니다 ㅎㅎ
(이 글을 읽는데 이해가 안된다면 제가 지금까지 올린 글들을 순서대로 읽고 나시면 무조건 이해가 될 거예요)
배가 어떻게 물 위에 뜰 수 있는 걸까요?
부력이 도대체 정확하게 뭘까요?
부력은 유체가 밀어 올리는, 띄어 올리는 힘입니다.
유체는 액체나 기체같이 흐르는 성질이 있는 것을 말합니다.
(고체처럼 고정된 모양이 있는 게 아니라 모양이 계속 변하는 것들)
쉽게 이해하기 위해서 이 그림을 먼저 보겠습니다.
제가 20kg짜리 봉을 들고 있습니다.
저는 20kg까지 들 수 있는 거죠
저는 위로 밀어 올리는 힘이 20kg인 겁니다.
여기서 10kg을 빼서 10kg짜리 봉이라면? 당연히 들 수 있겠죠.
하지만 10kg을 추가해서 30kg을 만든다면 저는 들 수 없을 겁니다.
왜냐하면 저는 위로 올리는 힘이 20kg가 최대니 까요.
똑같이 생각해 보는 겁니다.
위에 있는 물이 위에 가만히 있을 수 있는 이유는 밑에 있는 물이 밭쳐주고 있기 때문입니다.
제가 봉을 밭쳐주고 봉이 위에 가만히 있는 것처럼요.
밑에 있는 물이 저고
위에 있는 물이 '봉'입니다
그대로 보는 겁니다.
밑에 있는 물은 위에 있는 물을 밭쳐주고 있습니다.
밑에 있는 물은 위에 있는 물에 무게만큼 받쳐주고 있으니까 들 수 있는 거겠죠.
여기서 위에 있는 물에 무게보다 더 무거우면 못 버티고 가라앉는 것이고
가벼우면 올려주는 거죠.
이런 이미지가 바로 부력입니다.
정확하게는 '압력'과 관계가 있습니다.
압력은 입자가 운동하면서 충돌하는 것이 '압력'이라고 했죠
어떤 물체가 물 안으로 들어왔다고 해봅시다.
그 물체한테 사방에 물들이 압력을 가할 겁니다.
그렇게 해서 뜰 수 있는 것이죠.
그런데 그 부력에 크기가 바로 물의 부피에 해당하는 무게만큼 부력에 크기가 결정이 되는 겁니다.
무슨 말이냐면
이 그림처럼 저 부피에 해당하는 물의 무게만큼 물체가 부력을 받는 것이죠.
결국 같은 부피 안에 물보다 더 질량이 큰 물질이 들어오면 당연히 더 무거우니 가라앉는 겁니다.
그리고 반대로 같은 부피 안에 물보다 질량이 작은 물질이 들어오면 가벼우니 뜨는 거죠.
그러면 이제 왜 공은 엄청 잘 뜨고
얼음은 조금 잘 뜨고
돌은 아예 가라앉는지 알 수 있습니다.
여기 100kg짜리 배를 띄었습니다.
그러면 이 물을 밀어내고 차지한 공간(저 빨간 부분)에 물의 질량은?
100kg
너무 쉽죠?
근데 같은 부피 안에 다른 질량? 이거 어디서 많이 본 건데?
바로 '밀도'입니다.
즉 같은 부피 안에 물보다 밀도가 크면 가라앉고
같은 부피 안에 물보다 밀도가 작으면 뜨는 겁니다.
이 사실을 수학적으로 알 수 있는데 여기서 설명하기가 어려워서 궁금하시면 제 유튜브 채널 들어오셔서 '부력'편 보시면 됩니다.
또 밀도에 차이 때문에 부력차이를 느낄 수 있는 것들이 어마어마하게 많이 있습니다.
일반 물에서 보다 바다에서 더 잘 뜨죠.
그냥 물보다 소금물이 밀도가 더 크기 때문입니다.
풍선 안에 헬륨을 넣으면 둥둥 뜨지만
저희가 입으로 넣으면 이산화탄소가 많아서 가라앉죠
이것 역시 헬륨은 공기보다 밀도가 작고 이산화탄소는 공기보다 밀도가 큽니다.
즉! 상대적으로 밀도가 작으면 뜨고, 밀도가 크면 가라앉는 것이죠.