무거운 배가 어떻게 물 위에 뜰까?

  나무 조각을 물에 넣으면 어떻게 되죠? 둥둥 뜨는 걸 볼 수 있습니다. 이것은 나무 조각이 가라앉으려는 중력보다,

물이 위로 밀어내는 부력이 더 크기 때문입니다. 

 부력의 크기는 물체가 물 속에 잠긴 부피에 해당하는 물의 무게와 같고, 작용 방향은 수직 위입니다. 

이것을 '아르키메데스의 원리' 라고 합니다. 

 비중이란 물체가 갖는 밀도가 물과 비교해서 큰지 작은 지를 숫자로 나타낸 것입니다. 즉, 물을 기준으로 하여 다른 물체와 비교한 것이 비중입니다. 이 비중이 작을수록 물에 쉽게 뜨는 것이지요. 

 

배가 물 위에 뜨는 원리.

 배를 만드는 철은 물보다 7.9배 밀도가 큽니다. 그런데 어떻게 배가 물에 뜰 수 있을까요?

그것은 바로 '공간' 때문입니다. 배가 물에 가라앉을 때, 쇠로 된 부분인 배의 밑바닥만 가라앉는 게 아니라, 배 안에 있는 공기도 함께 가라앉게 됩니다. 

즉, 쇠의 밀도는 물보다 크지만, 배 전체의 밀도는 물보다 작게 되는 것입니다. 

바닷물의 밀도가 민물의 밀도보다 크기 때문에, 민물에서 뜨지 않던 물체가 바다에서 뜨는 경우도 있습니다.  사해같이 진한 농도의 소금물에서는 더 쉽게 뜰 수 있습니다.

 따라서, 큰 배를 잘 띄우기 위해서는 배의 형태가 아주 중요합니다. 하지만 배의 바닥이 닿을 정도로 물이 얕다면 배를 띄울 수 없겠죠?!

 많은 사람과 물건을 실어도 쉽게 가라 앉지 않는 까닭은, 부력(밀어 올리는 힘) 덕분입니다. 

 

원리를 알아도 바다에 떠 있는 화물선이나 크루즈 (타이타닉 같은... 아, 옛날 사람 ;;;)를 보면 입이 떡 벌어집니다. 

저 무거운게 둥둥 떠다니다니.. 과학의 원리는 정말 놀랍습니다!

 

부력을 알아보는 실험

1,  같은 무게의 찰흙 덩어리 2개를 준비합니다. 

2.  찰흙 1개는 공처럼 동그랗게 만들고, 다른 1개는 바닥이 있는 그릇 모양처럼 만들어 줍니다. 

3.  같은 무게의 물이 들어있는 통 2개 (A, B)를 준비합니다.

4.  A통에 찰흙 공을 넣고, B통에 그릇 모양 찰흙을 넣어줍니다.

 

A통에 넣은 찰흙은 가라앉고, B통에 넣은 찰흙은 떠 있는 모습을 볼 수 있습니다. 

 

찰흙의 무게가, 물속에서 찰흙이 차지하는 부피만큼의 물 무게보다 클 때, 찰흙은 가라앉아요. 

반대로 공기가 들어갈 수 있는 모양으로 만든 찰흙은 찰흙에 의해 밀려 올라간 물의 무게와 같은 크기의 힘이 위쪽으로 작용하여 가라앉지 않아요.