#20. 커다란 배가 바다위에 떠있는 이유는?

  여러분 거대한 컨테이너선이 바다위에 떠있는 것을 보셨나요? 그러면 한번쯤 그 커다란 배가 가라앉지 않고 바다위에 떠있는 것이 궁금하지 않으셨나요? 커다란 배는 물위에서 부력이라는 힘을 받기 때문에 떠 있을 수가 있습니다. 그럼 부력에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

바다위에 떠 있는 컨테이너선(위키백과)

1. 커다란 배는 바다위에 어떻게 떠있을 수 있을까요? 

   부력은 물체가 물 속에 있을 때, 물의 밀도와 부피에 따라 발생하는 상승력을 말합니다. 이 상승력은 물체가 밀도보다 작은 경우 발생하며, 물체가 물 속에서 일정한 위치에 머물러 있는 이유 중 하나입니다. 부력은 또한 아치메데스 원리라는 물리 법칙에 따라 발생합니다.

배가 뜨는 원리는 부력의 원리와 밀접한 관련이 있습니다. 배가 물 속에 있을 때, 배의 무게는 배 안의 물의 부피와 물의 밀도에 영향을 받습니다. 만약 배의 무게가 물의 부피와 물의 밀도보다 크다면, 배는 물 속에 가라앉을 것입니다. 그러나 만약 배의 무게가 물의 부피와 물의 밀도보다 작다면, 부력이 발생하여 배는 물 위에 떠오를 것입니다.

따라서, 커다란 배를 띄우는 부력은 배의 부피와 물의 밀도에 의해 발생합니다. 만약 배의 부피가 충분히 크고, 물 위에서의 배의 무게가 부적절하게 크지 않다면, 배는 물 위에 뜰 것입니다. 그리고 배 위에 있는 물의 무게는 부력을 증가시켜 더욱 큰 부력을 발생시킵니다. 이것이 바로 커다란 배가 띄우는 원리입니다.

 

2. 부력을 처음 발견한 사람은 누구일까요?

   아르케메데스는 고대 그리스의 수학자, 물리학자, 공학자였습니다. 그는 아치메데스 원리를 발견하였으며, 이것은 부력의 원리를 설명하는 기본적인 물리 법칙입니다.

아르케메데스의 아치메데스 원리 발견 이야기는 다음과 같습니다. 아르케메데스는 수중에서 실험을 하던 중에 왕관을 만들어서 왕관의 밀도와 금속의 밀도를 비교하는 실험을 하고 있었습니다. 그런데 그가 실험 중에 이물질이 첨가된 금속 왕관을 만들어서 왕관의 밀도가 원래의 금속보다 낮아지게 되었습니다.

이때, 아르케메데스는 물의 양이 변하지 않는 것을 보고 부력의 발견을 하게 되었습니다. 그는 이를 발견한 순간, “에우레카(Eureka)”라고 외치며 기뻐하였습니다. 아르케메데스의 이 발견은 그 이후로 물리학과 공학 분야에서 큰 발전을 이루게 되었으며, 부력의 원리는 현재까지도 중요한 물리학 개념으로 사용되고 있습니다.

따라서, 아르케메데스는 왕관 실험을 통해 물의 양이 변하지 않는 것을 관찰하여 부력의 발견을 하였으며, 이것은 물리학과 공학 분야에서 중요한 발견으로 남아있습니다.

 

4. 잠수함이 바다에 가라 앉는 이유는 무엇일까요?

   잠수함이 물 속에서 가라앉고 뜨는 원리는 부력과 관련이 있습니다.

잠수함(위키백과)

잠수함은 부피가 크고 무게가 무거우므로, 물에 담길 때 아래로 밀려들어갑니다. 그러나 잠수함 안의 공기는 물보다 밀도가 낮기 때문에, 잠수함 안에 있는 공기의 부피는 물보다 더 크게 됩니다. 이는 아치메데스의 원리에 따라 부력을 발생시키며, 잠수함이 가라앉는 속도를 늦추게 됩니다.

잠수함이 물속에서 가라앉는 속도를 조절하기 위해서는, 잠수함 안에 있는 공기를 배출하여 부력을 줄여야 합니다. 이렇게 되면, 잠수함의 무게가 물의 부피보다 크게 되어 잠수함은 물 밑으로 가라앉게 됩니다.

잠수함이 뜨는 과정에서는, 잠수함 안의 공기를 물 위로 배출하여 부력을 감소시키고, 잠수함의 무게가 물의 부피보다 작아지게 됩니다. 이에 따라 잠수함은 물 위로 올라오게 됩니다.

따라서, 잠수함이 가라앉고 뜨는 원리는 부력과 관련이 있으며, 잠수함 안의 공기의 부피 변화를 통해 부력이 조절되어 잠수함의 운동이 결정됩니다.

 

 

 

4. 부력을 이용한 유용한 기술들은 어떤 것이 있나요?

   부력은 우리 일상생활에서도 다양한 기술에 적용되어 유용하게 사용되고 있습니다. 그 중에서도 몇 가지 대표적인 예시를 살펴보면 다음과 같습니다.

1. 선박 및 잠수함

부력은 선박 및 잠수함의 운항에 핵심적인 역할을 합니다. 선박이나 잠수함이 물 위나 물 속에서 움직일 때 부력이 발생하여 중력을 상쇄시켜주기 때문입니다. 이를 통해 선박 및 잠수함은 물 위나 물 속에서 더욱 안정적이고 원활한 운항이 가능해집니다.

1. 수영용품

수영용품 중에서도 수영보조용품은 부력 원리를 활용합니다. 부력이 발생하여 수영자의 몸을 물 위에 유지시키기 때문에 플로팅 보드나 물통 등의 보조용품을 사용하면 수영 기술을 향상시킬 수 있습니다.

1. 수처리 기술

수처리 과정에서도 부력이 사용됩니다. 우선 수처리 과정에서 수 중에 포함된 불순물들은 부피가 크고 무게가 가벼워서 물 위에 떠오르기 때문에 수면 위에 존재하는 스케이머(Skimmer)로 쉽게 제거될 수 있습니다. 또한, 희석율이 큰 폐수의 경우에는 부력을 이용하여 부유성 물질을 제거하는데 활용됩니다.

1. 수중탐사 및 해양조사

수중탐사 및 해양조사 분야에서도 부력이 활용됩니다. 수중카메라나 수중로봇 등의 장비들은 부력을 이용하여 물 위나 물 속에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. 또한, 해양조사에서도 부력을 이용하여 해양생물 조사나 해양탐사를 보다 효율적으로 수행할 수 있습니다.

1. 발전소

발전소에서도 부력이 사용됩니다. 수력발전소는 댐을 이용하여 물의 힘을 이용하여 전기를 생산합니다. 이 때 물의 힘이 부력을 이용하여 발전기까지 전달되어 전기를 생산하는 원리입니다.

 

 

https://youtube.com/shorts/2aCNVPnhhU8

 

부력과 관련한 전시물입니다. 감사합니다^^